진짜보다 강도 높은 인공 연결 개발된다

듀크대학 연구팀이 젤로 만든 인공 연골을 개발했다고 발표했다. 새로운 인공 연골은 진짜 연골보다 강도와 내구성이 있고 체중보다 2∼3배는 힘을 흡수할 수 있다고 한다.

골관절염이나 류마티스 관절염 등으로 변형된 무릎 관절을 인공 관절로 대체하는 인공 무릎 관절 치환 수술은 매년 미국에서만 80만 건 가량이 이뤄진다. 하지만 현재 인공 무릎 관절은 20년 정도 밖에 쓸 수 없고 무릎에 걸리는 힘을 흡수하는 연골의 특성에 맞게 미끄럽고 충격을 흡수하며 근처 세포에 해를 끼치지 않는 소재 연구 개발이 진행되고 있다.

연구팀은 1970년대부터 인공 연골 소재로 유망시되던 젤에 주목했다. 젤은 충격을 흡수하는 특성이 있지만 무릎처럼 체중이 걸리는 부위에 이용하려면 강도가 너무 낮은 게 문제였다.

연구팀은 이런 이유로 두 고분자로 이뤄진 젤을 개발했다. 이 젤은 신축성이 있는 스파게티 같은 끈 모양 구조 고분자가 견고성을 유지하고 뜨개질한 것 같은 구조 고분자에 얽힌 구조다. 또 셀룰로오스 섬유가 고분자를 보강하고 있다. 젤이 당겨지는 셀룰로오스 섬유에 의해 형태가 유지되고 분쇄되면 고분자 전하에 의해 물 분자가 부착, 원래 형태로 돌아 가려는 구조다. 이 젤 중 60% 가량은 물로 되어 있다.

연구팀은 이 젤을 다른 젤과 비교한 결과 진짜 연골만큼 강도를 얻은 것으로 밝혀졌다고 한다. 또 10만회에 걸쳐 젤을 당기는 실험을 실시한 결과 인공 뼈에 사용하는 다공성 티타늄 같은 정도 강도를 확인할 수 있었다고 한다. 그 뿐 아니라 45kg 추를 신형 젤 위에 실어도 무너지지 않았다고 한다. 연구팀은 새로운 젤 강도는 당초 기대를 초과하는 수준이었다고 설명했다.

이 젤은 100만회에 걸쳐 자연 연골에 문질러 붙이는 실험을 한 결과 윤활면 내구성은 실제 연골과 같은 수준이며 기존 인공 연골보다 4배 높은 내마모성이 있다고 한다. 또 인간 세포에 무해하다는 걸 실험으로 확인했다고 한다.

성능을 보면 새로운 젤 소재는 획기적이다. 물론 아직은 실험실 수준으로 임상에 이용 가능한 수준으로 연구를 진행하려면 적어도 3년은 걸릴 것으로 보고 있다. 연구팀은 임상 시험에 들어가기 전 이 젤을 양에 이식해 안전성을 확인할 예정이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.