순구개열 등 구강·안면 기형 환자가 착용하는 보형물의 항균성을 높이는 소재가 개발됐다.

연세대학교 치과대학 교정과학교실 최성환 교수, 만갈 웃커시(Mangal Utkarsh) 박사와 치과생체재료공학교실 권재성 교수 연구팀은 구강·안면 보형물을 만드는 기존 소재의 세균 오염 취약성을 보완한 신재료를 개발했다고 12일 밝혔다.

입술이 갈라져 태어난 구순구개열과 같은 선천성 기형, 구강암 수술로 얼굴 일부를 절제한 기형 환자들은 구강 기능과 심미성을 높이기 위한 보형물을 착용한다.

이때, 보형물은 침 등으로 인해 세균 감염 등에 취약해 제작 소재의 항균성이 매우 중요하다.

보형물 제작에는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA)소재를 가장 많이 사용한다. PMMA는 강도가 높고 인체에 무해해 생체적합성이 높다.

하지만 소재 자체가 더러워지지 않는 방오성이 낮아 구강 장치 표면에 박테리아·곰팡이들이 달라붙어 세균막을 형성하면서 세균이 비정상적으로 많아지는 세균 불균형(dysbiosis) 상태를 초래한다.

연구팀은 PMMA의 한계점을 보완할 수 있는 소재 i-PMMA(innovative PMMA)를 개발했다. i-PMMA가 침 등 액체로 인해 세균에 취약했던 점을 보완하기 위해 폴리베테인(polybetaine) 재료로 소재를 덧입혀 친수성을 높였다.

오염도 평가 결과 i-PMMA에서 기존 PMMA보다 소재 표면에 곰팡이 생성 정도가 70% 줄었다. 또한, 액체로 인한 세균막 생성도는 40% 넘게 감소했다.

이어 연구팀이 i-PMMA 표면에 생긴 세균막을 샷건 메타게놈 시퀀싱(shotgun metagenomic sequencing)으로 분석했을 때, 기존 PMMA 소재와는 달리 유익균인 와이셀라(Weissella)의 발현량이 2.3배 증가해 세균 불균형 상태를 억제하는 것으로 확인했다.

연구팀은 i-PMMA가 산화세륨(cerium oxide)을 자체 발현하게 했다. 산화세륨은 상처를 치유하고 염증 반응을 낮추는 물질이다. 산화세륨의 인체 전달력을 높이기 위해 10억분의 1m 크기의 구멍으로 이뤄진 메조다공성 나노실리카(SBA-15) 재료를 소재 제작에 사용했다.

기능 평가 결과 i-PMMA가 발현하는 산화세륨이 염증 반응을 40% 감소시켰고, 항산화 단백질인 SOD1(mitochondrial superoxide dismutase 1) 발현량을 60% 더 증가시켰다. 또한, 피부 생성을 유도하는 콜라겐 출현을 막는 MMP(matrix metalloproteinase) 효소 발현량도 산화세륨으로 인해 PMMA 대비 2.6배 줄었다.

최성환 교수는 “틀니, 보형물 등 구강‧안면 치료기 제작에도 단순 처방을 넘어 환자 건강과 회복을 최대한 추구하기 위해 제작 소재 개발이 중요하다”며 “i-PMMA 소재 개발로 세균 감염에 취약한 구강‧안면 기형 환자들이 기존보다 항균성이 높은 보형물을 사용할 수 있게 될 것으로 기대한다”라고 말했다.

이번 연구 결과는 생체재료학회지 'Biomaterials (IF 15.304)'에 게재됐다.