초록 ▼

연구의 목적 및 내용
● 조직공학용 소재로 활용 가능한 나노다공성 생체활성유리 합성법 개발 및 골재생 유도용 소재에 적합하도록 기공구조·물질형상 제어 및 신규 활용법 개발
● 재료의 설계·합성 단계에서부터 골재생 평가 전문가 및 면역독성 평가 전문가와 협력하여 생물학적, 면역학적 안전성이 확보된 조직공학용 다공성 생체재료 개발

연구결과
● 나노다공성 생체활성유리를 경조직 재생 유도용 소재로 활용하기 위하여; 1) 나노다공성 실리카, 2) 다공성 생체활성유리, 3) 다공성 생체활성유리를 포함한 3차원 지지

연구의 목적 및 내용
● 조직공학용 소재로 활용 가능한 나노다공성 생체활성유리 합성법 개발 및 골재생 유도용 소재에 적합하도록 기공구조·물질형상 제어 및 신규 활용법 개발
● 재료의 설계·합성 단계에서부터 골재생 평가 전문가 및 면역독성 평가 전문가와 협력하여 생물학적, 면역학적 안전성이 확보된 조직공학용 다공성 생체재료 개발

연구결과
● 나노다공성 생체활성유리를 경조직 재생 유도용 소재로 활용하기 위하여; 1) 나노다공성 실리카, 2) 다공성 생체활성유리, 3) 다공성 생체활성유리를 포함한 3차원 지지체의 3개 군으로 구분하여 소재를 설계·합성하고, 동시에 골재생 유도효율 및 생물학적·면역학적 반응성을 조사하는 연구체계를 구축하여, 나노다공성 물질의 생체 내반응을 분석하고 생물학적·면역학적 안전성이 우수한 조건의 조직공학용 다공성 생체소재 개발에 성공함.
1) 나노소재의 비표면적 변화에 따른 면역학적 반응성 조사: 실리카 나노입자가 대식세포에 미치는 영향은 입자의 크기보다 기공구조 조건이 독성발현에 더 큰 상관관계를 보였음. 나노다공성 실리카에 비해 비다공성 실리카 입자가 더 큰 염증반응과 apoptosis를 유발하였고, 이 작용은 독성 및 염증 신호전달 물질인 MAPKs와 NF-kB, caspase 3가 매개하고 있음을 규명함.
2) 나노-마이크로 크기영역에서 기공구조가 제어된 다공성 생체활성유리 소재 개발:고분자 주형법을 이용하여 기공구조, 크기, 비표면적이 제어된 나노다공성 생체활성유리 합성법을 개발하고, 이 합성법을 개량하여 조직공학용 소재로 응용 가능한 나노-마이크로 크기영역에서 계층적 기공구조로 구성된 다공성 생체활성유리 볼을 개발함. 골재생 유도능 및 생물학적·면역학적 안전성은 생체활성유리 볼의 기공구조와 크게 상관관계가 있었으며, 기공구조에 따라 발생하는 과다하게 빠른 생분해 속도는 골재생을 억제하고 심각한 장기손상과 더불어 면역독성을 유발할 수 있음을 증명함.
3) 나노다공성 생체활성유리를 이용한 생체 골기질 모방형 표면구조를 가지는 경조직 재생용 3차원 지지체 개발: 나노다공성 생체활성유리의 높은 생체활성과 아파타이트의 높은 단백질 친화성을 이용하여 3차원 조형법으로 제작된 나노다공성 생체활성유리 포함 유무기 복합 3차원 지지체 표면에 골기질 유사성분인 아파타이트-콜라겐이 코팅된 지지체 제조법을 개발하고, 코팅에 따른 골재생 유도효율 개선 및 생물학적·면역학적 안전성을 평가함.

연구결과의 활용계획
● 본 연구사업을 통해 개발된 경조직 재생용 다공성 생체활성세라믹 볼 제조법 및 3차원 지지체 표면코팅 기술에 대한 기술이전 추진.
● 본 학제간 연구를 통하여 실시된 공학-의학-면역학의 횡적 융합연구 체계를 지속적으로 유지하여, 보다 효율적인 생체재료개발 연구평가 체계 구축의 기반으로 활용.

Abstract ▼

Purpose&contents
● Development of nanoporous bioactive glass for tissue engineering and new method for controling pore structure to bone regeneration
● One-step study for nanoporous biomaterials ranging from development of
materials, distribution of biodegraded nanoparticles, and immune sa

Purpose&contents
● Development of nanoporous bioactive glass for tissue engineering and new method for controling pore structure to bone regeneration
● One-step study for nanoporous biomaterials ranging from development of
materials, distribution of biodegraded nanoparticles, and immune safety


Result
● In this research, we designed and synthesized the nanoporous bioceramic for the hard tissue regeneration. To utilize nanoporous bioactive glass to hard tissue regenerative materials, we synthesized nanoporous silica, mesoporous bioactive glass, and 3D scaffold for hard tissue regeneration by menas of high efficacy bone regeneration method and biological and immune safety process.
1) Immunological response for surface change of nano materials: The toxicity of silica nano materials was depend on structure of porous not pore size. The colloidal silica showed higher inflammation and apoptosis than nano silica. These toxicity was caused by MAPKs, NF-kB and caspase 3.
2) Development of pore size-controlled mesoporous bioactive glass: By the high-molecular templating method, we developed structure-, size-, and specific surface area-controled nanoporous bioactive glass. We also developed tissue regenerative nanoporous bead balls by this high-molecular templating method.
The efficacy of bone regeneration, and biological and immune safety was depended on pore structure of nanoporous bead balls. High degradation of nanoporous bead balls caused severe immune and organ toxicity.
3) Development of hard tissue regenerative 3D scaffold by nano porous bioactive glass: By the high bioefficacy of nano porous bioactive glass and protein affinity of apatite, we developed apatite-collagen coated 3D scaffold with similarity to bone. The biological and immune safety of this 3D scaffold was also confirmed.

Expected Contribution
● Technology transfer of method for hard tissue nanoporous bioceramics and technology for 3D scaffold coating.
● The results of current study may provide clues for tissue regeneration, and further this will contribute scientific progress in the biomaterial filed.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 50
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 51
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 54
• 8. 참고문헌 ... 55
• 9. 연구성과 ... 56
• [별첨1] ... 66