달걀 껍질과 3D프린팅을 사용하여 실험실에서 뼈 조직을 성장시킨다.

매사추세츠 로웰 대학 화학공학과의 굴덴 캄치-우날(Gulden Camci-Unal) 교수가 이끄는 연구팀은 달걀 껍질을 재사용하는 이 접근 방식을 개발했다. 주로 탄산칼슘으로 구성된 달걀 껍질은 다양한 용도로 사용되지만 의학 분야에서의 잠재력은 대체로 간과되었다. 캄치-우날과 그녀의 팀은 2016년부터 잘게 부순 달걀 껍질을 사용하여 뼈 세포가 자라고 증식할 수 있는 작은 3D 구조인 스캐폴드를 만들기 위해 집중적으로 연구해 왔다.

"매년 수백만 톤의 달걀 껍질이 전 세계적으로 일상적으로 폐기된다. 달걀 껍질은 폐기물로 간주되기 때문에 의학 분야에서 비전통적 생체재료로서의 잠재력이 대체로 간과된다."라고 로버트 앤 게일 워드 기부 교수이자 생물의학 재료 개발 교수인 캠치-유날은 말한다. "우리의 목표는 이 달걀 껍질 폐기물을 개인화된 의학에 재활용하는 것이다. 달걀 껍질에는 인간의 뼈에서도 발견되는 미네랄이 들어 있어 생물의학 응용 분야에서 유망한 후보이다."라고 그녀는 말한다.

한 단계 더 나아가 연구자들은 이제 이 달걀 껍질 기반 스캐폴드를 강화하기 위해 생체적합성 및 생분해성 합성 폴리머를 사용했다. 3D프린팅기술을 사용하여 손상된 조직의 복구 및 재생에 이상적인 임플란트를 위한 정밀하게 모양이 잡힌 구조물을 생산할 수 있다. 이 기술을 사용하면 개별 요구 사항에 맞게 정밀하게 맞춤화 된 환자 맞춤형 임플란트를 설계할 수 있다.

"계란 껍질 미립자로 강화된 실험실에서 재배한 뼈 이식은 뼈 성장과 치유를 지원할 뿐만 아니라 합병증 위험을 줄여 병원에 머무는 기간을 줄이고 회복을 앞당길 수 있다."라고 그녀는 말한다.

이 방법의 중요한 장점은 달걀 껍질의 지속 가능한 사용으로, 전 세계적으로 수백만 톤이 폐기물로 폐기된다. 달걀 껍질에는 인간 뼈에서도 발견되는 미네랄이 포함되어 있기 때문에 생물의학적 응용 분야에서 유망한 후보이다.

그녀는 "3D 프린팅은 기존 방법보다 자연 조직의 구조적 및 생물학적 특징을 더 효과적으로 모방할 수 있다."라고 말한다. "환자 맞춤형 임플란트를 설계하고 임상적으로 필요한 모양과 크기로 스캐폴드를 정밀하게 제작할 수 있다."

연구자들은 폴리카프로락톤이라는 열가소성 폴리머를 달걀 껍질 미립자와 섞어 복합 펠릿을 만든다. 그런 다음 이 펠릿을 녹여 3D 프린터에서 "잉크"로 사용하여 스캐폴드 구조를 층층이 쌓는다. 그 결과 생성된 구조는 더 높은 기계적 강도와 하중 지지 용량을 가지므로 정형외과적 응용 분야에 특히 적합하다.

그녀는 "3D프린팅기술의 정밀성을 통해 개별 환자의 필요에 맞게 사용자 정의되고 복잡한 구조를 설계할 수 있다."라고 말한다. "예를 들어, 환자의 뼈 결손을 레이저로 스캔한 다음 달걀 껍질 기반 임플란트를 3D로 인쇄하여 해당 결손에 정확히 맞출 수 있다."

연구팀은 현재 이 유망한 기술을 임상 실무에 적용하기 위해 작업을 더욱 확장하고 새로운 파트너와 외부 자금을 유치할 계획이다. 지금까지의 연구 결과는 저널 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재되었으며 앞으로 뼈 재생 및 기타 의료 응용 분야에 중요한 기여를 할 수 있다.