| 시베이공업대학, 3D 프린팅과 생체공학을 결합하여 인공뼈의 생체 내 활성 증가 | ||
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 최근, 시베이(西北)공업대학 왕옌언(汪焰恩) 연구팀은 생체 내에서 천연 뼈의 성분, 구조, 역학적 성능과 아주 일치하게 "발육"하여 "진짜와 가짜를 분간할 수 없는" 수준의 3D 프린팅 활성 생체공학적 뼈를 개발했다. 해당 연구성과는 "Polymer"에 게재됐다. 골결손은 정형외과 임상에서 가장 일반적인 질병이다. 중국에서 1분에 7명이 교통사고로 인한 심각한 신체장애가 발생하며 1년에 약 1,000만 명 골결손 환자가 발생한다. 따라서 골결손 복원 재건은 세계 임상적 어려움으로 되고 있다. 전통적인 금속, 고분자 재료는 생체공학적 구조 제어가 어렵고 역학적 성능이 매칭되지 않으며 생물학적 적합성이 차하고 발육 기능이 없으며 운동으로 인한 탈구, 마모 등 수술 후 합병증이 발생한다. 특히 생물학적 활성이 없는 보형물은 인체 내에서 발육할 수 없기에 천연 뼈와 양호하게 융합될 수 없으므로 2차 수술 복원이 필요하다. 연구팀이 개발한 3D 프린팅 생체공학적 뼈의 핵심 기술은 "생체공학"이다. 전통적 세라믹 뼈와 천연 뼈의 각종 성능은 비교적 큰 차이가 존재하기에 동물체내에서 양호하게 발육될 수 없다. 수산화인회석은 현재 세계에서 통용되고 있는 인체 뼈 모방 재료이지만 분말 상태 수산화인회석을 접착시키기 어렵다. 국외에서 사용하고 있는 산성 접착제는 이식 환자의 수술 후 통증을 유발한다. 접착제는 대부분 끈적끈적하고 표면장력이 큰 유기화합물로서 직경이 20μm밖에 안 되는 프린터 노즐을 통과하기 아주 어렵다. 또한 동물 더 나아가 인체 환경에 적합해야 한다. 연구팀은 PH값이 생물체 환경과 유사하고 노즐을 통과할 수 있는 양호한 성능의 접착제를 개발했다. 연구팀은 다년간 연구를 거쳐 수산화인회석, 접착제, 세포액, 단백질액(성장인자) 등을 다양한 개체의 골격 성질에 적합한 프린팅 재료로 배합하여 이식 개체에 가장 적합한 인공 생체공학적 뼈를 프린팅했다. 천연 뼈는 외관 형태가 아주 불규칙적일 뿐만 아니라 그 내부 구조가 비교적 복잡하며 다양한 부위의 밀도도 불균일하기에 모방하기 아주 어렵다. 연구팀은 활성 바이오 세라믹 생체공학적 뼈 3D 프린팅 기술을 개발하여 상기 문제점을 해결했다. 전통적인 3D 프린팅은 재료 배합, 분말 피복 프린팅 면에서 재료가 단일하고 밀도가 균일하며 분말이 단일하고 분말 피복이 균일한 등 단점이 존재하기에 생체공학적 뼈 프린팅 요구를 만족시키기 어렵다. 연구팀은 프린팅 제어 시스템을 개발함과 아울러 프린팅 핵심 기계기술을 파악했다. 해당 설비의 독창적인 상온 압전 초미세 분무화 스프레이 기술은 세포액, 단백질액의 스프레이 속도, 스프레이양을 정밀 제어 할 수 있다. 동물실험 결과, 생체공학적 뼈를 동물 수용체내에 이식한 후 아주 양호하게 발육되었다. 다시 말해서 수용체의 신진대사를 통하여 자체 세포를 인공뼈에서 성장시킴으로써 최종적으로 인공뼈를 완전한 자체 뼈로 성장시켰다. 또한 동물실험 과정에서 거부반응 사례가 발생하지 않았다. 해당 3D 프린팅 활성 생체공학적 뼈는 천연 뼈와 성분, 구조, 역학 등 성능이 아주 일치했다. 연구팀은 다음 단계에 진피층의 땀샘, 모낭, 피부기름샘 등 구조에 대한 안정적인 프린팅 기술 연구를 통하여 천연 피부와 아주 접근하게 할 예정이다. 3D 프린팅에 의한 토끼 피부 이식실험을 수행한 결과, 생체공학적 피부는 자체 피부에 비하여 치유 시간이 25% 감소됐다. 정보출처 : http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2019-06/04/content_770453.shtml |
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