초록 ▼

□ 연구개요
총 3년(2019-2021년)간 수행된 신진연구지원사업은 단단한 금속 재질의 정형외과용 인공삽입물 이식 과정에서 발생하는 박테리아 감염 및 면역거부 반응으로 인한 부작용을 원천적으로 억제할 수 있는 지능형 나노유막코팅(Smart Nano-lubricant coating) 기술*을 개발하는 것을 목표로 하였음
* 지능형 나노유막 코팅: 벌레잡이통풀(Nepenthes pitcher plant)의 마이크로-나노구조체 및 윤활 기능성 표면을 모사하여, 1) 생체물질(염증반응 인자, 감염성 박테리아)이 표면 위에 붙는

□ 연구개요
총 3년(2019-2021년)간 수행된 신진연구지원사업은 단단한 금속 재질의 정형외과용 인공삽입물 이식 과정에서 발생하는 박테리아 감염 및 면역거부 반응으로 인한 부작용을 원천적으로 억제할 수 있는 지능형 나노유막코팅(Smart Nano-lubricant coating) 기술*을 개발하는 것을 목표로 하였음
* 지능형 나노유막 코팅: 벌레잡이통풀(Nepenthes pitcher plant)의 마이크로-나노구조체 및 윤활 기능성 표면을 모사하여, 1) 생체물질(염증반응 인자, 감염성 박테리아)이 표면 위에 붙는 것을 원천적으로 억제함과 동시에 2) 항생제 약물 혹은 조직 재생인자를 조직에 전달하는 기술.

□ 연구 목표대비 연구결과
3년간의 연구 수행기간 동안 제시한 정량적/정성적 목표를 100% 이상 초과 달성하였으며 (목표달성도 표 참조), 아래와 같은 우수한 실적을 도출함.
√ 총 7편의 SCI(E) 교신저자 논문 출판, 국내 특허 출원 3건
- 5편 출판 완료 (2편 On-line Published, 2편 표지논문 선정)
- Science Advances (IF: 14.143), Advanced Science (IF: 16.806, Back Cover 선정), Advanced Materials (IF: 30.849, On-line published) 등 융복합 분야 국제 최고 수준 저널에 교신저자 논문 출판
√ 30편 이상의 언론 홍보(한국연구재단 우수성과 1건 포함)
√ 2건의 기술이전(1건 기술이전 완료 (3천만원), 1건 기술이전 계약 완료 (5천만원))
√ 기술사업화 및 창업(나노유막기술 적용된 내시경 캡: (주)링크솔루텍)
√ 7건 수상 실적(사회부총리 겸 교육부 장관상 2건, 창업 관련 수상 2건, 바이오칩학회 젊은인재상, 미원상사 신진과학자상 등)
연구 수행 도중, 나노유막코팅 적용 인공삽입물의 동물모델 평가 결과 비교군 대비 박테리아성 감염으로 인한 염증반응이 현저히 적어 추가적인 항생제 담지가 불필요하다고 판단되어 (Science Advances 게재, 대표적 연구실적 #1), 나노유막코팅에 항생제를 혼합 코팅하는 대신, 골 접합 향상을 위한 골 형성 성장인자 단백질(Bone Morphogenetic Protein-2, BMP-2)을 나노유막코팅과 혼합 코팅하는 기술을 개발하여 골 접합 및 재생 효율을 극대화하는 것으로 기술개발 목표를 일부 수정하였음.
수행 과제를 통해 인공삽입물의 삽입 초기에는 박테리아 및 염증 인자의 생부착을 원천적으로 억제하면서도, 특정 골세포만의 부착을 유도하는 기술을 성공적으로 개발하였으며, 이러한 원천 기술은 이는 국내외로 시도되지 않은 기술로 창의성 및 도전성이 매우 높음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 제안하는 나노유막코팅 기술과 지능형 약물전달기술의 결합을 통해 인공삽입물의 감염 및 면역반응 부작용을 원천적으로, 그리고 전 주기적으로 억제하는 연구는 세계적으로도 시도된 적이 없는 혁신적 기술로써, 본 연구가 성공적으로 진행된다면 관련 원천기술 확보가 가능함과 동시에 세계적으로 선도적인 연구 수준을 달성할 수 있음. 제안하는 기술은 정형외과용 인공삽입물 외에도, 지능형 나노유막코팅 기술은 연속혈당측정기, 인공와우 등 다양한 삽입형 의료기기에 적용되어 면역거부반응을 제어하고 장기간 동작이 가능하게 할 수 있어, 그 활용 가치가 매우 높다고 할 수 있음. 또한, 지능형 나노유막표면은 중장기적으로 체내에서 기능을 유지하고, 외부 자극을 받아 목표 부위에 효율적으로 약물을 전달할 수 있어 추후 다양한 표적 항암제 혹은 면역항암제 치료제와의 결합을 통해 새로운 응용 분야를 창출할 수 있어 그 중요성이 매우 높음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• (1) 용액식각 기반 인공삽입물소재(Ti, Stainless Steel) 위 마이크로-나노 혼합 구조 형성 ... 4
• (2) 인공삽입물 소재 마이크로-나노 구조 위 나노유막 형성 ... 4
• (3) 혈액단백질 부착능 억제 (Fibrinogen, Albumin, 비교군 대비 5% 이내) ... 5
• (4) 면역세포 부착 억제 (대식세포, 비교군 대비 5% 이내) ... 5
• (5) 박테리아 생체막 형성 억제 확인 (48시간 이상, 1 Log CFU/cm2 이하) ... 6
• (6) 토끼 대퇴부 박테리아 감염 골절 모델 확립 및 인공삽입물 삽입 ... 6
• (7) 나노유막 코팅 인공삽입물의 부착 방지 성능에 대한 동물 실험 결과 도출 및 분석 ... 7
• (8) 나노유막 재료 및 골 형성 성장인자 단백질에 조골세포의 선택적 접합을 보이는 자가조립 단일분자막 이종 코팅 기술 개발 ... 8
• (9) 골 형성 성장인자 단백질 결합 나노유막코팅의 비특이적 생체분자 부착 방지능 및 조골 세포부착능 확인 ... 8
• (10) 체내 혈액 흐름 및 주변환경 모사 미세유체칩 기술 개발 및 성능 검증 ... 9
• (12) 유세포분석법 및 조직면역염색 통한 감염 및 염증반응 정도 평가 ... 9
• (13) X-ray 및 micro- CT 촬영을 통해 박테리아 생체막 형성에 따른 골 재생 분석 및 감염 정도 평가 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
• 끝페이지 ... 42