치아를 오염시키는 바이오필름(Biofilm) 생성을 억제하는 국내 연구진의 치과생체재료 개발 결과가 나왔다.

세브란스병원은 지난 14일 치과생체재료 표면을 오염시키는 바이오필름의 생성을 억제할 수 있는 실마리를 규명했다고 밝혔다.

이번 연구는 ‘반전해질 효과 해석을 통한 체내 방오 효과 고분자 개발(Reverse Actuation of Polyelectrolyte Effect for in Vivo Antifouling)’이라는 제목으로 최근 나노과학분야 국제 학술지 ACS Nano에 게재됐다. 연구에는 최성환 교수(연세치대 교정과학교실), 홍진기 교수(연세대 공과대학 화공생명공학과), 안효원 교수(경희치대 치과교정학교실), 최우진 연구원(연세대 공과대학 화공생명공학과)가 참여했다.

구강 속 세균이 응집해 생성되는 일종의 세균막인 구강 바이오필름은 구강 내 국소적 질환뿐 아니라 감염성 전신 질환의 원인으로 지목돼 왔다. 그로 인해 바이오필름의 생성을 예방하는 것이 치과생체재료 개발의 관건 중 하나였다. 이와 관련해 재료 표면을 기능화해 방오(Antifouling) 성능을 부여하는 여러 시도들이 있었으나, 지금까지 큰 성과를 거두지 못했다.

이에 연구팀은 생체 환경에서 ‘반전해질 현상(Anti-Polyelectrolyte Effect)’이 나타날 수 있도록 중성을 띄는 ‘양쪽성 이온 고분자(ZP)’ 모델을 설계해, 구강 환경에서 향상된 방오 성능을 검증해 학계의 주목을 받았다.

원리는 다음과 같다. 침과 비슷한 환경인 이온 용액에서 반전해질 효과가 발현되면 양쪽성 작용기 간의 상호작용력이 완화되고 양쪽성 고분자가 수중 팽창하며 치과생체재료 표면에 두꺼운 수화층을 형성하게 된다. 이 수화층이 타액 탄백질, 세균 및 진균의 흡착을 방지함으로써 세균성 바이오필름의 생성을 억제해 방오 효과가 증대하는 것이다.

연구팀은 실제 반전해질 효과가 발현되는 투명교정장치를 전임상실험(중동물의 교정 모델)에 적용한 결과, 1주일 간 대조군 대비 균층 형성이 약 80% 억제됐다고 밝혔다.

연구팀의 최성환 교수는 “이번 연구는 구강 내 정상 세균층에 나쁜 영향을 주지 않으면서 세균성 바이오필름의 생성 및 부착을 억제할 수 있는 초석을 다진 것”이라며 “세균에 의한 구내염, 치아우식증, 치주질환과 같은 구강질환 및 관련 감염성 전신질환을 예방하는 데 도움이 될 것”이라고 전했다.