[보건타임즈] 치과 생체재료는 치아의 기능을 보완하는 역할을 하지만. 오염되면 잇몸병(치주질환)과 전신 질환의 원인이 될 수 있다.
연세대 치과대학 교정과학교실 최성환 교수, 연세대 공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수, 경희대 치과대학 치과교정학교실 안효원 교수, 연세대 공과대학 화공생명공학과 최우진 연구원 연구팀이 치과 생체재료 표면을 오염시키는 바이오 필름(biofilm)의 생성을 억제할 수 있는 실마리를 규명해냈다.
이로써 치과 생체재료 적용에 따른 질환 발생을 차단할 가능성이 컸다.
이 연구 결과를 다룬 논문은 '반전해질 효과 해석을 통한 체내 방오 효과 고분자 개발(Reverse Actuation of Polyelectrolyte Effect for In Vivo Antifouling)'이란 주제로 최근 나노 과학 분야 국제학술지 'ACS Nano(Impact Factor 14.588)'에 게재됐다.
바이오 필름은 구강 속 세균이 응집해 생기는 일종의 세균막을 말한다.
구강 바이오 필름은 타액 단백질과 치아우식, 치주염, 치근단 염증, 임플란트 주위염과 같은 구강 내 국소적 질환뿐만 아니라 소화기관과 심혈관계를 포함한 감염성 전신 질환의 원인으로 지목돼 왔다.
이 때문에 바이오 필름의 생성을 예방하는 것이 치과 생체재료 개발에 주요한 화두로 주목받고 있다.
이에 따라 재료 표면을 기능화해 오염을 막는 방오(antifouling) 성능을 부여하는 시도들이 있었다.
그러나 폴리에틸렌글리콜 등 양성만 가진 기존 고분자들은 침 안의 이온들에 의한 발생하는 '전해질 효과(polyelectrolyte effect)'로 생체 환경에선 기대한 만큼의 방오 효과가 나타나지 않았다.
이에 연구팀은 생체 환경에서 '반전해질 현상(anti-polyelectrolyte effect, APE)'이 나타날 수 있도록 전기적으로 양성과 음성을 모두 가져 중성을 띄는 '양쪽성 이온 고분자(ZP)' 모델을 설계, 구강 환경에서 향상된 방오 성능을 검증했다.
이 결과 침과 비슷한 환경인 이온 용액(0.154 M NaCl) 내에서 반전해질 효과가 발현되면 양쪽성 작용기 간 상호 작용력이 완화됐으며 양쪽성 고분자가 수중 팽창하게 되면서 치과 생체재료 표면에 두꺼운 수화 층(hydration shell)을 형성했다.
이 수화 층은 타액 단백질, 세균과 곰팡이(진균)가 달라붙는 것을 억제, 결국 세균성 바이오 필름의 생성을 억제할 수 있는 방오 효과를 증대시킬 수 있다.
실제로 반전해질 효과(APE)가 발현되는 투명 교정 장치를 전임상실험(중동물의 교정 모델)에 적용한 결과 1주일간 대조군 대비 약 80% 억제된 균층 형성을 보였다.
최성환 교수는 "기존엔 구강 내 바이오 필름에 저항하기 위해 물리적인 세척 또는 항박테리아 제재의 사용에 초점을 뒀다면, 이 연구는 구강 내 정상 세균총에 나쁜 영향을 주지 않으면서 세균성 바이오 필름의 생성과 부착을 억제할 방오성을 가진 치과 생체재료의 개발을 통해 구강 내 세균에 의한 구강질환(구내염, 치아우식증, 치주질환)과 관련 감염성 전신 질환(소화기와 심혈관계)을 예방할 초석을 다졌다는 점에서 의미가 크다"고 평가했다.
이 연구는 한국연구재단과 범부처전주기의료기기개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
기사최종편집일: 2024-04-25 17:53:17
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