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고려대학교 세종캠퍼스(부총장 양지운) 생명정보공학과와 대구경북첨단의료진흥재단 공동연구팀이 사람 치아에서 유래한 생체활성 입자를 활용해 골과 혈관을 동시에 재생할 수 있는 저온 3D 프린팅 기반 골 재생 스캐폴드를 개발했다.
이번 연구는 골 재생과 혈관화를 동시에 유도하는 ‘osteo-angiogenic’ 효과를 실험적으로 입증함으로써 기존 골 이식재의 한계를 극복할 수 있는 새로운 치료 전략을 제시했다.
연구팀이 개발한 스캐폴드는 골세포 분화와 혈관 내피세포 네트워크 형성을 동시에 촉진해 대면적 골 결손 치료뿐 아니라 두개골 결손, 악안면 재건, 치과 및 정형외과 영역으로의 확장 가능성이 기대된다. 특히 기존 골 이식재에서 문제로 지적돼 온 혈관화 부족에 따른 장기 안정성 문제를 개선할 수 있다는 점에서 차세대 골 재생 플랫폼으로서의 높은 잠재력이 주목된다.
외상, 종양 절제, 선천적 결손 등으로 발생하는 대면적 골 결손(critical-sized bone defect)은 자연 치유가 거의 불가능한 난치성 질환이다. 기존 이식재는 구조적 지지 또는 골형성 중 하나에만 초점을 맞춘 경우가 많아, 충분한 혈관 형성이 동반되지 않을 경우 새로 형성된 뼈 조직의 안정적 유지와 성숙에 한계가 있었다.
이에 연구팀은 발치 후 폐기되는 사람 치아(dentin)에 주목했다. 치아는 뼈와 유사한 저결정성 생체 아파타이트와 콜라겐을 포함하며 BMP, TGF-β, VEGF 등 다양한 성장인자를 동시에 함유하고 있어 골형성과 혈관신생을 함께 유도할 수 있는 생체 신호원으로 작용할 가능성이 있다.
연구팀은 탈세포화·부분 탈무기화·극저온 분쇄 공정을 통해 치아를 마이크론 크기의 치아 유래 생체입자(dentin-derived bioactive particles)로 제조한 뒤, 이를 콜라겐 하이드로겔과 혼합해 저온 3D 프린팅(cryo-printing) 방식으로 격자형 스캐폴드를 제작했다. 이 공정은 열에 민감한 생체 신호를 보존하면서 기공 구조와 기계적 특성을 정밀하게 제어할 수 있다.
실험 결과 치아 유래 생체입자를 포함한 스캐폴드는 기존 나노 하이드록시아파타이트 기반 스캐폴드에 비해 골세포 분화, 혈관 내피세포 네트워크 형성, 칼슘·인산 이온 방출에서 모두 우수한 성능을 보였다. 특히 쥐 두개골 대면적 결손 모델에서는 골밀도, 골체적 비율, 신생혈관 밀도가 가장 높게 나타나 골과 혈관이 동시에 재생되는 효과가 명확히 확인됐다.
생명정보공학과 이형진 교수는 “기존 골 이식재가 구조적 지지 또는 골형성 중 하나에 집중했다면, 이번 연구는 치아 유래 생체 신호를 활용해 골 재생과 혈관화를 동시에 유도하는 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며, “임상 적용 가능성이 높은 재생의료 기술로 발전할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 재료과학 및 바이오 소재 분야 국제학술지 Materials Today Bio(IF 10.2)에 2026년 1월 31일 온라인 게재됐다. 고려대 세종캠퍼스 생명정보공학과 전규호 학부 연구원과 K-MEDI hub 박민정 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 고려대 세종캠퍼스 생명정보공학과 이형진 교수와 K-MEDI hub 여명구 박사가 교신저자로 참여했다.
논문명은 Cryo-printed collagen scaffolds reinforced with dentin-derived bioactive particles promote osteo-angiogenic bone regeneration이다.
아울러 공동 제1저자로 참여한 전규호 연구원은 학부 3학년 재학 시절부터 고려대학교 세종캠퍼스 재생바이오공학연구실에서 지·산·학 프로젝트 학기에 참여하며 본 연구의 기초 실험과 핵심 아이디어를 발전시켰고, 해당 프로젝트로 최우수상을 수상한 바 있다.
이후에도 지속적인 연계 연구를 통해 이번 국제학술지 게재 성과로 이어졌으며, 본 연구는 학부생도 세계적 수준의 연구 성과를 창출할 수 있음을 입증한 대표적 사례로 평가된다. 이는 고려대학교 세종캠퍼스가 지향하는 연구 중심 교육의 성과를 보여주는 모범적인 사례라는 점에서 교육적 의미 또한 크다.
한편, 본 연구는 고려대학교 연구비 지원을 비롯해 교육부와 세종시가 공동으로 지원하는 세종 RISE 센터의 지역혁신시스템교육(RISE) 프로그램(2025-RISE-08-001), 그리고 산업통상자원부 산하 한국기술진흥원(KIAT)의 연구비 지원(RS-2025-16064070)을 받아 수행되었다.
