연 구 실 소 개
본연구실은 1969년 한국과학기술연구원의 연구4 동에서 고분자화학실로 오픈하여, 한국과학기술연 구원의 고분자 연구의 모체가 되었으며, 약 40년 세 월의 흐름과 함께 현재 생체재료연구단으로 조직 개 편되어 생체재료와 조직재생에 관련된 연구를 수행 하고 있다. 연구실의 조직구성은 김수현 책임연구 원과 정영미 선임연구원을 비롯해 약 15명의 연구원 및 연수생으로 되어 있다. 바이오매스와 청정 초임 계유체 공정을 이용한 기능성 소재 개발 연구 및 조 직 공학 기법을 이용한 바이오 장기 개발 연구를 수 행하고 있으며, 전임상, 및 임상적용을 통한 실용화 를 최종 목표로 하고 있다. 본 연구실에서 수행중인 주 연구내용은 고강도·열적 안정성을 갖는 폴리락티
드 소재 개발, 기계적 활성 및 생리활성능을 갖는 바 이오 혈관 개발, 체내 줄기세포 유도 및 염증 억제능 을 갖는 조직 재생용 치료제 개발, 생체 조직 유래 탈 세포화된 세포외기질 기반의 하이드로겔을 이용한 조직 재생용 소재 개발, 3D 프린팅 기술을 이용한 조 직 재생용 생체재료 개발 등이다.
- 초임계유체 공정 및 바이오 매스를 이용한 기능성 소재 개발 : 청정 초임계유체 공정을 이용하여 폴 리 락티드의 중합, 스테레오컴플렉스 폴리 락티드 입자의 제조에 관한 연구 및 이의 컴포짓을 개발함 으로써 고강도, 열적 안정성이 향상된 생분해성 고 분자 소재를 개발하고자 함이다. 순수 폴리락티드 소재와 비교하였을 때, 30% 이상의 기계적 강도
한국과학기술연구원 생체재료 연구실
정영미
한국과학기술연구원 winnie97@kist.re.kr
그림 1. 한국과학기술연구원 생체재료연구실의 연구 변천.
가 증가하고, 열적 안정성이 50℃ 이상 향상된 소 재를 개발하였다. 본 소재는 체내 이식형 생체재료 로의 활용 뿐만 아니라 자동차 소재 등으로의 활용 이 가능하며, 리그닌 및 셀룰로스 나노위스커 등과 혼합하여 기능성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는 다(국외특허 USP 8716398, ZL201110371830.1, DE Appl. 102011086154.8, 국내특허 KP 10-1179517, KP 10-1284586, KP 10-1379682외 다수 / 논문 Macromolecules 45, 9, 4012-4014 (2012) 외 다수).
- 기계적 활성 및 생리활성능을 갖는 바이오 혈관 개
발: 바이오 혈관은 혈류속도가 빠르고 높은 박동 유체 압력 하에서 팽창과 수축을 반복하여야 하 기 때문에 높은 탄성을 지닌 지지체를 사용하여 야 한다. 이에 본 연구에서는 Knitting 방법을 통하 여 만들어진 지지체에 고탄성 생분해성 고분자인 poly(lactide-co-caprolactone)(PLCL)을 코팅하여 혈 관 고유의 기계적 물성인 J-curve를 모사하는 바이 오 혈관을 개발하였다. 또한, 소구경의 바이오 혈 관에서 혈전 억제 및 빠른 혈관 내피화를 위하여 헤파린 및 펩타이드 약물이 결합된 고분자를 코팅
그림 2. 초임계유체 공정을 이용한 바이오매스 기반의 고분자 소재 개발.
그림 3. 기계적 활성 및 생리활성능을 갖는 바이오 혈관.
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함으로써 혈액 적합성 및 조직 재생능을 향상시 키는 연구가 진행 중에 있다(논문 Macromolecular Research 8, 886-891 (2013)/ Applied Surface Science 276, 586-591 (2013) 외 다수).
- 체내 줄기세포 유도 및 염증 억제능을 갖는 조직 재생용 소재 개발 : 조직 재생 시, 줄기세포의 이식 없이 체내 줄기세포를 결손 부위로 유도시키고, 염 증을 억제시킴으로써 조직 재생능을 향상 시키는 소재를 개발하였다. Substance P가 결합되어 있는 자가조립 펩타이드 하이드로겔(KLD12/KLD12-SP 및 RADA16/RADA16-SP)을 결손 부위에 주입하였 을 때, 체내 줄기세포 및 혈관 생성이 유도되고, 염 증을 야기시키는 cytokines을 억제시킴으로써 세포 사멸을 막고, 조직이 재생되는 결과를 확인하였다.
본 치료제는 하지허헐, 퇴행성 관절염, 두개골 결 손 모델 등에서 유효성을 갖는 것을 관찰하였다(국
내 특허 10-1382484, 10-1348096 외 다수).
- 생체 조직 유래 탈세포화된 세포외기질을 이용한 조직 재생용 소재 개발 : 생체 조직 유래의 탈세포 화된 세포외 기질은 본래의 조직이 가지고 있는 콜 라겐, glycosaminoglycan(GAG)을 비롯하여 다양 한 혈관 생성 인자 및 조직 분화 인자들을 함유하 고 있다. 본 연구팀은 심장 및 지방 조직 유래의 탈 세포화된 세포외기질을 이용하여 혈관화된 지방 조직을 재생시키는 연구를 수행하였다. 혈관 조직 유래의 하이드로겔은 혈관 형성을 향상시킴으로 써 세포 생착률을 향상시켰으며, 지방 조직 유래의 하이드로겔은 줄기세포의 지방조직으로의 분화를 유도하였다. 결과적으로, 본 소재를 이용하여 성숙 된 지방 조직을 재생시킬 수 있었다. 또한, 심장 조 직 유래의 세포외기질을 고탄성 고분자인 PLCL과 혼합하여 전기방사를 통해 stretchable 창상 피복제
그림 4. 체내 줄기세포 유도 및 염증 억제능을 갖는 조직 재생 치료제 개발.
를 개발하였다. 본 소재를 쥐의 피부 결손 모델에 이식한 결과, 혈관 형성이 향상되고, 섬유상 조직 이 아닌, 피부 조직으로의 재생을 촉진시키는 것을 확인할 수 있었다.
- 3D 프린팅 기술 기반 조직 재생용 생체재료 개발:
3D 프린팅 기술 기반의 환자 맞춤형의 조직 재생
용 이식재는 임상적으로 중요한 의미를 갖는다. 현 재 polycaprolactone(PCL) 기반의 이식재들이 뼈나 기도 재생 등 임상에 적용이 되고 있다. 본 연구팀 은 3D 프린팅 기반의 연조직 재생용 생체재료 및 조직 재생능이 향상된 3D 프린팅용 소재를 개발 하는 연구를 수행하고 있다. 3D 프린팅을 이용하
그림 5. 조직 유래 탈세포화된 세포외기질 기반의 하이드로겔을 이용한 조직 재생 연구.
그림 6. 3D 프린팅 기반의 연조직 재생용 생체재료 개발.
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여 채널 구조를 갖는 polyvinyl alcohol (PVA) 희생 몰드를 만들고, 고탄성 고분자인 PLCL paste를 주 입하여 환자 맞춤형의 연조직 재생용 지지체를 제 조하였다. 또한, 생분해성 고분자와 함께 줄기세포 유도능, 혈관 형성능, 조직 분화능을 갖는 하이드 로겔을 프린팅하여 조직 재생능이 향상된 생체재 료를 개발하는 연구를 수행 중에 있다.
