[논문]의료용 실크 소재로서의 실크단백질의 연구 동향

권해용; 조유영; 이광길; 김현복; 여주홍

doi:10.7852/jses.2014.52.2.89

의료용 실크 소재로서의 실크단백질의 연구 동향
Silk polymer for medical applications 원문보기

한국잠사곤충학회지 = Journal of sericultural and entomological science, v.52 no.2, 2014년, pp.89 - 95

권해용 (농촌진흥청 국립농업과학원 잠사양봉소재과) , 조유영 (농촌진흥청 국립농업과학원 잠사양봉소재과) , 이광길 (농촌진흥청 국립농업과학원 잠사양봉소재과) , 김현복 (농촌진흥청 국립농업과학원 잠사양봉소재과) , 여주홍 (농촌진흥청 국립농업과학원 잠사양봉소재과)

Abstract ▼ AI-Helper

Silk polymer has been focused recently on medical applications as a novel biomaterials. The factors for biomaterials were considered and reviewed recent research on surgical suture, wound dressing, tympanic regeneration patch, guided bone regeneration membrane, bone implant and ligament. Silk polymer is good mechanical properties and biocompatibility. Therefore it might be used as one of promising materials for medical application.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그 뿐 아니라 인류는 오랜 세월동안 축적된 누에 사육기술, 풍부한 누에 유전자원 및 육종 기술을 보유하고 있어 실크단백질을 경제적으로, 친환경적으로 대량 생산할 수 있는 기반이 이미 조성되어 있다. 따라서, 실크단백질을 이용한 생체재료 개발에 있어서 어떠한 필요 요소가 있는지 고찰하고 현재까지 연구되고 있는 의료용 소재로서의 실크단백질의 연구 현황을 살펴보고자 한다.
생체재료 개발을 위하여 필요한 기본 요소와 실크단백질을 이용한 생체재료 연구 현황에 대하여 살펴보았다. 실크는 수술용 봉합사 형태로 인체내에 삽입되어 오랫동안 사용되어 온 생체재료로서 인체안전성이 검증된 재료이다.

가설 설정

The TM is thickened, an hyperplasia of the subepthelial layer is visible. (B) In a silk-patch-treated TM, the healed area is completely organized. The healed membrane is composed of compact cell layers in which properly oriented fibroblasts and numerous vessels ares seen, and the original contour of the TM has been preserved.

제안 방법

누에고치막을 치과용 차폐막으로 적용하기 위하여 상용 차폐막과 형태와 물성을 비교하였다(Ha et al. 2014). 누에고치막은 나노섬유가 적층된 부직포 형태의 구조를 가지고 있었으나 콜라겐막(CM)은 부드럽고 돌출된 부위가 있었다.

성능/효과

또한 합성막(PM)은 작은 돌기가 나와있는 구조였다(그림 5). 기계적 강도를 살펴보면 누에고치막은 강도(27.8 MPa)와 신도(39.3%)가 높아 강인성이 뛰어난 반면 상용막인 콜라겐막과 합성막의 강도는 각각 3.4 MPa, 4.3 MPa, 신도는 각각 9.6%, 301.6%의 값을 보여 누에고치막에 비하여 기계적 특성이 우수하지 못한 것으로 확인되었다.
2010). 수술 8주후에는 실크막을 사용한 경우 뼈부피(bone volume)는 36.8 mm³으로 대조군인 22.3 mm³에 비하여 높은 값을 보였고, 뼈 밀도(bone mineral density)에서도 0.47 mg/mm³으로 대조인 0.43 mg/mm³ 보다 높은 값을 보였다. 그림 7에서는 u-CT와 조직학적 분석에서도 실크를 처리한 군에서 월등한 뼈 형성 결과를 보여 주었다(Song et al.
그림 3은 실크막 시술 후 고막이 완전하게 재생된 개체수를 표현한 것이다. 실크막을 처리한 14일째되는 날에는 93% (37/40)의 실험동물에서 고막 재생이 완료되었으나 종이패치를 처리한 군에서는 68%(28/40), 무처리군에서는 65%(13/20)의 완전고막 재생율을 보였다.
실크막의 뼈 형성 능력을 촉진하기 위하여 활성물질 (tetracycline)을 첨가하여 차폐막으로 시험한 8주 후 결과, 무처리(19.1 mm³), 실크막 단독(25.9 mm³)에 비하여 신생 골 부피는 36.6 mm³으로 증가하였다. 그림 8의 조직학적 소견에서도 뚜렷한 염증 반응을 나타내지는 않았다 (Lee et al.

후속연구

최근에 들어 실크단백질을 이용한 세포친화성 등이 과학적으로 검증됨에 따라 점차 생체재료로서 의료용 실크 소재 개발이 확대될 것으로 전망되고 있다. 그러나 실크는 천연재료로서 고유한 특성을 가지고 있으므로, 본문에서 서술한 바와 같이 다양한 분야에 적용되는 실크 소재를 개발하기 위해서는 새로운 실크소재의 재료 가공 기술이 필요하다. 또한 의료용 실크단백질 소재는 의료 현장 적용을 위한 실용화 기술 개발이 필요하다.
또한 의료용 실크단백질 소재는 의료 현장 적용을 위한 실용화 기술 개발이 필요하다. 단계적이고 체계적인 연구 개발을 통하여 다양한 분야에서 의료용 실크 소재가 활용되기를 기대하는 바이다.
생체재료의 기계적 성질은 생체재료가 주로 체액 등으로 둘러싸여 있으므로 젖은 상태에서의 기계적 강도가 중요한 요소가 된다. 생체재료의 생분해성은 새롭게 재생되는 조직의 성장 속도와 유사하게 재료의 생분해성을 조절할 수 있다면 우수한 생체수복재료로서 기능할 수 있을 것이다. 그림 1은 생체재료의 일반 특성을 나타낸 것이다.
최근에 들어 무기산 또는 염화칼슘 등과 같은 차오트로픽 염을 활용하여 실크단백질의 형태를 용액, 겔, 섬유, 스케폴드 등 다양한 형태로 가공하는 방법이 연구되고 있다. 실크 봉합사를 통해 알고 있는 실크단백질의 상대적으로 낮은 이물반응은 실크단백질을 이용한 새로운 생체재료 개발의 가능성을 보여준다. 그 뿐 아니라 인류는 오랜 세월동안 축적된 누에 사육기술, 풍부한 누에 유전자원 및 육종 기술을 보유하고 있어 실크단백질을 경제적으로, 친환경적으로 대량 생산할 수 있는 기반이 이미 조성되어 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생체친화성은 무엇을 말하는 것인가?	생체에 적용되는 재료는 인체 외부에 접촉하는 재료와 인체 내로 매립되는 재료로 분류된다. 생체친화성(biocompatibility)은 생체재료가 원하지 않는 생체내 반응을 유발하지 않고 잘 어울리는 성질을 칭한다. 생체친화성은 생체재료와 생체가 접하는 부위에서 어떠한 부작용을 일으키지 않는 생체불활성 재료와 생체의 기능을 증진시켜주는 생체활성 재료로 분류될 수 있다.
	누에고치를 이용한 실크막 표면의 친수성 정도는 어떤 세포의 성장에 중대한 영향을 미치는가?	2%보다 매우 유연하다. 실크막 표면의 친수성 정도는 고막 재생에 위한 고막상피세포의 성장에 중대한 영향을 미치는 요소이다. 실크막의 접촉각은 45.
	실크단백질의 특징은?	그러나 최근까지 실크 봉합사 이외의 상용화된 의료용 소재는 거의 발견 하기 어려운 상황이다. 실크단백질은 누에가 만드는 천연 고분자로서 분자량이 30만 이상이나 되면서 구조적으로 매우 안정된 β-sheet 구조를 가지고 있을 뿐 아니라 화학적 안정성이 높아 유기 용매, 유기산 등에 대한 용해도가 낮다. 실크단백질이 가지는 본질적으로 낮은 가공성 때문에 실크단백질을 이용한 의료용 소재 개발에 대한 연구는 극히 제한적으로 진행되고 있다.

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