나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 선전(深圳, 심천) 선진기술 연구원 산하 "바이오 의약 및 기술 연구소" 소속 "인체 조직 및 기관 퇴보(Organ degeneration) 연구센터" 왕궈청(王國成, 왕국성) 연구원 연구팀은 최근 중국인민해방군 해군 군의대학교 제1부속병원 쉬숴꾸이(許碩貴, 허석귀) 교수 연구팀과 공동 연구를 수행하고 나노 약물 로딩 시스템(nano drug loading system)으로 골수염(骨髓炎)을 치료하는 연구에서 혁신성과를 취득함.

만성 골수염은 세균으로 인해 발생되고 골질(骨質) 파괴를 동반하는 만성 염증임. 일반적으로 급성 골수염으로 인해 발생되며, 대부분은 개방성 외상, 여러 차례의 골절 수술 또는 세균 혈원성(血源性) 파산(播散)에 이름. 임상적으로 환지(患肢)의 국부적인 파열로 인해 고름이 나오고, 조직 부종, 사골(死骨) 형성 및 추위, 고열, 심지어 감염성 쇼크 등 전신(全身) 증상으로 나타나는데 현재 만성 골수염은 임상 골과(骨科) 의사들에게 치료가 어려운 난제가 되고 있음.

현재 임상에서 만성 골수염을 치료하는 방법은 수술을 통해 발병 부위(사골(死骨) 및 염증 조직)를 철저히 제거하는 것임. 4-6주에 달하는 전신(全身) 항생제 치료와 병행되어야 하는데 장기간 전신(全身)에 많은 양의 항생제를 사용하는 것은 많은 부작용을 일으키기 때문에 합병증(예를 들면, 귀(耳) 독성, 간 및 신장 독성, 위장 관련 합병증, 골격 발육에 대한 영향 등)을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 골수염 감염 부위에 필요한 효과적인 혈액 약물 농도에 도달하거나 유지하기 어려움.

약물 로드체를 통해 항생제를 치료 부위에 배달할 수 있으면 전신(全身) 항생제 치료가 가져오는 부작용을 피할 수 있으나, 항생제가 감염 부위에서 지속적으로 높은 농도로 방출되면, 농도가 높은 항생제는 감염을 효과적으로 통제할 수 있지만 주변 조직에도 뚜렷한 독성 부작용을 발생시키고 심지어 새로운 뼈 형성에 지장을 줄 수 있음.

이상적인 항생제 로드체는 이중 기능을 가져야 하는데 제어 가능하고 지속적인 항생제 방출을 통해 감염을 없애면서, 높은 뼈 유도 활성으로 뼈 재생을 촉진할 수 있어야 함. 현재 새로운 항생제 로드체에 대한 연구개발은 주로 약물 로드량과 방출 특성을 최적화하는데 집중되어 있기 때문에 "어떻게 하면 고농도 항생제가 뼈 재생에 미치는 부정적인 영향을 상쇄시킬 것인가"라는 문제에 대해서는 소홀할 수밖에 없는 상황임.　　

뼈 재생을 추진하는 생물 활성 이온 역할은 이미 입증되었는데, 그 중 실리콘 이온이 혈관 재생과 뼈 재생 분야에서 발휘하는 역할이 특히 뚜렷하다는 점이 입증되었음.

연구팀은 이전 연구에서 Si를 함유한 다양한 뼈 복원 소재를 개발하였는데 모두 이상적인 생물 활성을 나타내었으며, 연구팀은 이런 연구 결과에 따라 "생물 활성 Si 이온은 항생제의 부작용 저항에 도움이 될 것"이라는 가설을 제시하였음.

연구팀은 관련 가설을 검증하기 위해 현장에서의 패키지 방법을 이용하여 일정한 두께의 메조 포러스 생물 활성 유리(MBG)를 나노 하이드록실 아파타이트(Hap) 로드체 표면에 패키징하고, 항생제(반코마이신) 로드를 통해 Si를 함유한 나노 약물 전달 시스템을 구축하였음.

연구팀은 관련 연구를 통해 단순한 나노 HAp에 비해 MBG 도입은 약물 로드량을 증가시키고 서서히 방출시키는 기능을 최적화하며, 체외 세포 실험 결과를 통해 HAp 약물 로드 그룹에 비해 MBG 패키지 나노 로드 약물 시스템은 더욱 이상적으로 뼈세포 증식과 뼈 형성 분화를 촉진시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀은 만성 골수염 동물 모델에 대한 실험을 통해 단순한 HAp 로드 약물 그룹에 비해 MBG 패키지 약물 로드 시스템은 감염을 억제할 수 있으며, Si 이온 도입을 통해 반코마이신(vancomycin)이 세포에 발생시키는 부작용을 감소시켜 감염 부위의 뼈 재생 능력을 향상시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀은 반코마이신(vancomycin)을 함유한 육성 베이스 속에 Si 이온을 추가하여 세포 육성 실험을 수행하고, Si 이온이 뼈 형성 세포에 대한 반코마이신 부작용을 완화시킨다는 점을 입증하였으며, 연구팀은 현재 관련 분자 메커니즘에 대한 연구를 진행하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Chemical Engineering Journal’ ("Silicon incorporation into hydroxyapatite nanocarrier counteracts the side effects of vancomycin for efficient chronic osteomyelitis treatment") 지에 게재됨.