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| ▲ 뼈이식 물질 |
연구팀은 화학 브리오닉스라는 새로운 접근법을 채택했는데, 이 방법은 화학 성분을 특정 방식으로 함께 반응하도록 제어 가능하게 구동하여 복잡한 생물학적 영향을 받은 구조물의 자가 조립을 가능하게 한다.
과학자들은 수백 년 전에 이러한 생명체와 같은 ‘화학적 정원’을 처음 관찰했지만, 최근 화학 브리오닉스 분야에 대한 새로운 관심은 연구자들이 이 기술을 이용해 마이크로와 나노 단위로 새로운 물질을 설계하게 하였다.
버밍엄 연구진은 화학 브리오닉스가 생명공학에도 응용될 수 있는지의 여부를 조사하기 시작했다.
버밍엄 대학 화학공학과 주요 필자 에릭 휴즈는 다음과 같이 설명했다. "우리는 화학 브리오닉스가 화학적이고 구조적으로 인간의 뼈와 유사한 구조를 형성하는 데 사용될 수 있는지 조사하기 시작했습니다. 일단 그러한 구조를 생성하는 방법이 확립되면, 화학 브리오닉 물질이 뼈 재생을 위한 이상적인 틀을 제공할 수 있는지 평가하는 것이 자연스러운 다음 단계입니다."
연구팀은 인산염 용액 밑에 층을 이룬 칼슘이 함유된 젤을 사용했으며, 천연 뼈와 성분이 비슷한 수산화인회석 소재로 된 마이크로 규모의 긴 중공 튜브를 배양하는 데 성공했다. 수산화인회석은 일반적으로 골격 대체 재료로 쓰이지만, 분말 또는 하드 블록으로 제조되며 그 후 추가 가공으로 모양을 만들어야 한다.
버밍엄 연구팀이 배양한 각각의 구조물은 대략 사람의 머리카락 한 가닥만큼 굵다. 이러한 튜브는 세포와의 상호작용을 촉진하는 다공성 표면을 포함하여 독특한 특징을 지니고 있다. RSC Biomaterials Science에 발표된 이 연구는, 혈관을 수용하는 뼈의 긴 원통형 통로인 골원처럼 뼈 조직에서 발견되는 많은 구조물과 튜브의 유사성을 입증한다.
"우리는 자연에서 작용하는 화학 브리오닉 원리의 많은 예를 발견할 수 있습니다,"라고 에릭은 설명한다. "예를 들어, 해저에서는 수열 배출구에서 방출되는 뜨겁고 미네랄이 풍부한 유체가 시원한 해수와 반응하여 굴뚝과 같은 구조를 형성합니다. 우리는 재생의학 분야에서 이러한 새로운 구조를 만들기 위해 이와 같은 메커니즘을 이용하고 있습니다."
연구팀은 줄기세포를 사용하여 실험실의 세포 부착력, 생존력 및 성장을 지원하는 튜브의 능력을 테스트했다. 이들은 48시간 만에 튜브 내 세포의 광범위한 확산을 보여주었다. 이는 바람직한 세포-물질 상호작용을 나타낸다.
버밍엄대 화학공학과에 재직 중인 공동 저자 미루나 치파라는 "화학 브리오닉스를 사용하여 생체에 적합한 물질을 생산하는 것은 비교적 새로운 접근법이지만, 우리는 그 잠재력에 매우 흥분하고 있습니다"라고 말한다. "특히, 이러한 구조물이 세포 통합을 촉진하는 방법은 뼈 재생에 매우 유용할 수 있습니다."
연구진의 다음 단계에는 관형 소재의 특성 및 조직 재생을 개선하기 위해 수정되는 방법을 입증하기 위한 추가 테스트가 포함된다. 연구원들은 그들의 연구가 새로운 종류의 화학 브리온 뼈 대체 물질의 개발로 이어질 것으로 기대하고 있다.
