과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 기초연구실(BRL) 사업에 치과대학 악골 재생 네트워크 제어 연구실이 선정됐다. 3D 프린팅으로 구조물을 만들고, 여기에 일산화탄소(Nitric Oxide, NO)를 정밀하게 방출시켜 뼈를 재생, 이에 관한 메커니즘 및 유효성을 규명한다. 사진은 치과대학 악골 재생 네트워크 제어 연구실의 연구책임자인 권일근 치과대학 교수.

기초연구실(BRL) 사업 선정 (2) 치과대학, 악골 재생 네트워크 제어 연구실
구조물 제작해 일산화탄소(NO) 정밀하게 방출, 뼈 재생 메커니즘 및 유효성 규명
“뼈 재생 관련 원천기술 확보해 실용화 과제로 추진해나갈 계획”

과학기술정보통신부(이하 과기정통부)와 한국연구재단이 지원하는 기초연구실(Basic Research Laboratory, BRL) 사업에 총 4개 연구실이 선정됐다. 이번 사업에 선정된 연구실은 △약학대학 면역대사 질환 레졸루션 연구실(연구책임자 임동순 교수), △치과대학 악골 재생 네트워크 제어 연구실(연구책임자 권일근 교수), △한의과대학 Gut-Brain axis 기반 맞춤형 침치료 기전 연구실(연구책임자 박히준 교수), △소프트웨어융합대학 Meta Federated Learning 기반 이동엣지 컴퓨팅시스템 핵심구조 개발 연구실(연구책임자 홍충선 교수)이다.

기초연구실 사업은 3~4명의 소규모 집단연구를 지원해 공동연구를 활성화하고 과학기술 발전의 기본토대를 마련하기 위한 사업이다. 선정된 연구실은 3년간 13억 원의 연구비를 지원받아 과제를 수행하며, 최대 6년까지 연장이 가능하다. 치과대학 악골 재생 네트워크 제어 연구실의 연구책임자인 권일근 치과대학 교수를 만나 사업에 관한 자세한 얘기를 들었다. <편집자 주>

뼈 재생에 포커스 맞춘 연구로 연구비 수주 잇달아
Q. 사업 선정 배경이 궁금하다.
기초연구실(BRL) 지원 사업은 집단연구과제 중에서도 비교적 규모가 작은 편이지만, 연구자들이 모여 관심 분야의 연구를 발전시켜 이후 좀 더 큰 규모의 연구로 나아갈 수 있는 발판이 되는 의미 있는 사업이다. 세포를 이용한 생물학적 메커니즘을 연구하는 문호진 치과대학 교수, 바이오소재를 이용해 3차원적 형태를 만드는 허동녕 치과대학 교수, 일산화탄소(Nitric Oxide, NO)를 미세 조절해 방출하는 기술을 보유한 포항공과대학교 김원종 화학과 석좌교수가 함께한다.

그간 다양한 인체조직의 재생을 연구해왔는데, 최근에는 골(骨), 특히 악골에 집중해 연구하고 있다. 치과용 임플란트 시술 시 부족한 치조골을 재생시키기 위해 많이 사용하는 골이식재 개발에 포커스를 맞추었다. 그 결과, 2017년 과기정통부 바이오의료기술개발사업 ‘치아조직 재생기술 개발’ 연구과제(5년간 연구비 50억 원)에 선정됐고, 올해 초에는 한국연구재단의 중견연구자지원사업 ‘골조직 융복합 지지체’ 연구과제(5년간 연구비 10억 원)에 선정되기도 했다. 이러한 결과를 바탕으로 이번에 기초연구실 지원 사업에 선정된 것 같다.

Q. 연구 내용은?
간단하게 정리하자면, 우리가 만든 소재로 3D 프린팅해 뼈를 재생할 수 있는 구조물을 만들고, 여기에 일산화탄소를 정밀하게 방출, 제어해 혈관형성에 필요한 혈관내피세포 및 뼈를 형성하는 조골세포를 활성화시켜 전체적인 뼈를 재생하는 것이다. 우리 연구실은 첨단소재 기반의 연구를 진행하고 있는데, 보통 ‘나노 바이오’라고 말하는 나노 기반의 바이오 소재, 하이드로젤 소재, 3D 프린팅을 위한 바이오잉크 소재 등을 개발한다. 이를 기반으로 다양한 줄기세포기술, 약물전달기술 등과 함께 3차원적인 골재생에 적용해 유효성을 평가하고 그 메커니즘을 규명한다.

최근 3D 프린팅과 관련해 합성신약, 펩타이드, 단백질 의약품 등 다양한 약을 전달하기 위한 전달체를 연구한다. 이것들이 약을 잘 전달해 조직이 재생되기 위해서는 혈관이 잘 조절돼야 한다. 따라서 혈관을 어떻게 잘 자극해서 조절시켜줄 것인가에 관심을 두고 있다. 이외에도 조직 재생에 필요한 산소 공급, 산소 조절, 칼슘 공급뿐 아니라 이번 기초연구실 지원 사업에서 주로 진행하는 일산화탄소와 같은 소재를 정밀하게 전달할 방안을 연구해 혈관 재생을 돕는다.

앞서 말한 3개 과제 모두 소재를 기반으로 한 다양한 골조직 재생 연구다. 이번 과제는 일산화탄소의 정밀방출을 통한 골재생 향상능을 중점적으로 살펴본다. 1998년 로버트 퍼치고트·루이스 이그내로·페리드 머래드가 일산화탄소의 발견 및 일산화탄소가 혈관에 미치는 영향 연구로 노벨 의학상을 수상한 이후, 많은 연구를 통해 일산화탄소가 인체 내에서 다양한 면역반응 및 재생에 관여하는 것으로 알려져 왔다. 특히 일산화탄소는 혈관을 확장하거나 재생할 때 몸속에서 자연적으로 생성되는 물질인데, 이를 첨단 약물전달 기술을 통해 인위적으로 공급할 수도 있다. 우리는 일산화탄소 정밀 방출을 통해 자극을 주면 혈관재생 및 골재생에 도움이 될 것으로 기대한다. 이에 관련된 소재 연구를 진행하며, 생물학적으로 이들이 어떤 메커니즘으로 재생되고 유효성이 올라가는지를 과학적으로 규명하고자 한다.

뼈 재생 원천기술, 인체 내 모든 장기 조직 재생에 활용 가능해
Q. 이번 연구의 의의가 있다면?
본 과제는 당장의 실용화보다는 앞으로 시장 가능성이 큰 원천기술을 개발하는 것이다. 뼈를 재생한다는 게 꼭 임플란트할 때 악골 치아를 재생하는 데만 해당하는 게 아니다. 정형외과, 성형외과에서도 뼈 재생에 대한 다양한 수요가 있다. 다양한 뼈 재생에 대한 핵심 기술의 기초가 될 수 있을 것으로 기대한다. 뼈 조직을 재생시키는 게 목적이지만, 이 기술은 다른 장기에도 산소, 혈관 조직이 필요하기에 몸에 있는 모든 장기의 조직 재생에 기본적으로 활용될 수 있다. 실용화도 어렵지 않을 것으로 전망한다. 연구에 사용되는 소재들은 산소, 일산화탄소, 콜라젠 등 실용화가 가능한 소재들을 쓰기 때문이다.

Q. 향후 계획은?
이 과제를 통해 원천기술, 특허를 확보해 실용화 과제로 추진해나가고자 한다.

글 박은지 sloweunz@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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