실크 인공뼈가 사람 몸속에 들어가면...

지구상에는 300~500만종의 곤충이 서식하는 것으로 알려져 있으나 그 중에서도 누에는 인류와 가장 가까운 거리에서 인류와 함께 하여 온 대표적인 곤충이다. 70년대만 하더라도 당시 우리나라 수출의 10% 이상을 차지하는 누에고치를 수출하기 위하여 우리나라 곳곳에서 누에치기가 장려되어 양잠을 하지 않는 농촌풍경을 찾아 보기 힘들 지경이었다. 80년대 이후 고령화로 인한 농가 일손 부족으로 양잠농가의 수가 급격하게 감소하면서 잠업의 패러다임은 일대 변혁을 가져온다.

입을거리 생산의 잠업이 누에가루, 동충하초, 오디 등 먹을거리 생산으로, 그리고 고부가가치 기능성 소재로 탈바꿈하여 이제는 보건의료소재인 인공뼈 소재로의 활용이 검토되고 있다.

인공뼈란...
인공뼈란 선천적 기형이나 외상, 질병 등으로 인하여 발생한 뼈의 결손을 보전하기 위하여 사람이나 동물의 뼈, 세라믹, 또는 다른 합성 화합물로 인위적으로 만든 뼈를 의미한다. 최근 노령인구의 증가에 따라 노인성 뼈 골절환자 등이 증가하여 인공뼈 시장은 매년 20% 이상 확대되고 있는 것으로 예측되어 인체에 무해하면서 인공뼈 소재로 적합한 소재를 찾기 위한 세계적인 관심이 증대되고 있다. 현재 전세계적으로 인공뼈 시장은 5조원 규모로 추정되며, 국내에서만도 1500억 규모의 시장이 형성되어 있는 것으로 알려져 있다.

인공뼈의 사용 현황..
신토불이(身土不二)라는 말처럼, 사람의 몸에 결함이 생겼을 경우에 자신의 몸에 있는 것으로 대체하는 것이 가장 바람직하나 보건의료용인 경우에는 몸의 일부를 떼어내고 또 이식하는 이중의 고통을 겪게 되는 어려움이 있다. 인공뼈의 경우에도 자신의 뼈를 사용하는 것이 면역거부반응 등 부작용이 없는 가장 좋은 방법이나 마땅히 떼어 낼 만한 충분한 물량의 여분의 뼈를 찾기가 어렵다. 그래서, 현재 병원에서는 주로 죽은 사람의 뼈 또는 동물뼈를 원료로 사용하여 제조한 인공뼈를 사용한다.

병원에서 수술에 주로 사용하는 죽은 사람의 뼈를 가공한 인공뼈는 그 제조 과정이 복잡하고 에이즈 등 각종 질병에 대한 감염 우려, 면역거부반응 등 여러 가지 부작용과 윤리적 문제가 꾸준히 제기되고 있다. 이를 극복하기 위하여 사용하는 동물뼈 역시 공급되는 물량이 제한적일 뿐 아니라 광우병 등 질병 감염 및 인체 이식에 따른 면역거부 반응이 문제점으로 지적되고 있어 최근에서 합성소재를 위주로 한 새로운 인공뼈 소재 발굴을 위한 노력이 경주되고 있는 실정이다.

티타늄 등 금속이나 수산화인회석을 이용한 인공뼈 소재가 개발되어 최근 뼈 결손분 대체재로 상품화되고 있으나, 여전히 뼈 구조의 모사 및 강도 등 아직까지 극복해야 될 문제점이 많은 것으로 지적되고 있다. 그리고, PLGA(polylactic-glycolic acid) 등과 같은 합성고분자 생체재료를 사용하여 조직공학기법을 통한 인공뼈 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 독성 분해산물 및 강도 등의 문제로 아직까지 임상적용한 사례는 없는 것으로 알려져 있다.

실크단백질이 사람의 몸 속에 들어가면..
누에고치에서 얻어지는 인류 역사상 가장 오래된 생체재료중의 하나인 실크단백질은 기원전부터 지금까지 수천년간 수술용 봉합사로 사용되어 사람의 몸을 통하여 그 안전성이 보증된 재료이다. 물론 의료용 소재로 사용된 실크단백질은 당연히 철저하게 위생적으로 관리, 생산하여야 한다.

최근 국내외 연구 결과에서도 실크단백질을 동물의 몸속에 임플란트한 결과 면역거부반응 등 특이한 이물반응이 나타나지 않음을 확인하여 주고 있다. 그 외에도 생체내 콜라겐 등 세포외물질의 분비를 촉진하는 효과가 있을 뿐 아니라, 섬유아세포, 연골세포, 골아세포 등에 대한 우수한 세포 부착 및 배양 특성을 확인되었다.

이러한 특성을 바탕으로 실크분말, 실크비누, 천연염모제, 실크화장품 등 피부친화형 소재와 기억력 증진 효과를 가지는 기능성 식품 소재 BF-7 등 실크단백질을 새로운 소재 영역으로 용도를 개발되어 산업화되어 시판되고 있다.

누에고치가 딱딱한 뼈가 된다고요?
누에고치로부터 추출한 실크단백질은 사람 뼈의 주요한 구성성분에 대한 친화성이 있을 뿐 아니라 뼈세포가 실크단백질에 붙어서 자랄 수 있다는 것이 국내외 연구진들에 의하여 확인되어 미국, 이탈리아 등을 중심으로 인공뼈, 인공연골 등 조직공학용 생체재료로서 실크단백질의 응용 가능성이 제기되고 있다.

그러나, 아직까지 기술개발 초기단계로 무한한 개발가능성을 내포하어 농촌진흥청 잠사양봉소재과에서 보유하고 있는 실크단백질 성형화 기술과 나노기술, 의료공학용 기술을 접목한다면, 실크단백질을 재료로 하는 생체재료 개발의 국제적 선도국으로서의 입지를 확보할 수 있을 것으로 전망된다.

도대체 어떻게 실크가 인공뼈가 된다는 것인가?
사람의 뼈는 딱딱하게 그냥 있는 것 같지만 사실은 뼈의 일부는 계속 없어지고 일부는 계속 생성되는 다이나믹한 과정을 되풀이하고 있다. 그런데, 선천적 기형이나 사고 또는 질병으로 인하여 결손된 부위가 클 경우에는 뼈 세포들이 자랄 수 있도록 유도하는 인공뼈가 필요하다.

다시 말하면 뼈가 결손된 부위에 이식된 특수 제작된 실크로 만든 생체재료는 몸 속에서 서서히 분해되어 없어지고 그 자리에 뼈세포가 자라 들어와 결손된 뼈를 완전하게 만들어주는 개념이다.

실크인공뼈는 언제쯤 사용할 수 있을까?
지난 10여년간 실크단백질의 생체소재로서의 가능성에 대한 검증을 통하여 이제 본격적으로 연구개발을 하기 위하여 농촌진흥청은 한림대의료원과 성공적인 연구개발를 추진을 위한 연구협약 MOU를 체결하였다. 신약이나 생체재료는 전임상, 임상 실험 등 엄격한 과정을 거쳐 사용허가를 받아야 하며, 1단계 사업이 마무리되어 임상적용 가능한 결과를 도출된다면 식약청 허가를 얻어 실용화를 추진할 계획이다.

산업화의 진전에 따른 인건비 상승과 중국에서 생산하는 저가 고치에 밀려 한 때 70년대의 반도체에 비견될 정도로 우리나라의 수출에 큰 역할을 하였던 누에고치는 거의 기억에서 사라져 가고 있었다. 지난 10여년간의 노력으로 현재 잠업은 누에가루, 동충하초, 실크화장품 등 국제적으로 기능성 소재화 연구 및 산업화를 선도하고 있다. 이제 양잠산물을 이용한 완전히 새로운 영역으로 소재 개발을 추진하고 있다.

이와 같은 노력이 성공적으로 마무리된다면, 농산업의 고부가 의학 소재 원료 생산이라는 블루오션 창출의 전기가 마련될 뿐 아니라 획기적인 농가 소득 향상을 기대할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 FTA 등 어려운 농업환경 속에서 농산업 소재의 국가 경쟁력 제고와 수입대체 효과에 따른 지속적인 농업 생산 기반 구축에 도움이 될 것이다.

출처 : 농촌진흥청 블로그