서울공대 화학생물공학부 황석연 교수팀, 마그네슘 방출 시점 조절해 골다공증성 골절 치유 촉진하는 골절 고정 소재 개발

uapple 기자

등록 2026-07-20 10:56

골절 치유 단계 따라 마그네슘 이온의 면역조절 효과 달라지는 원리 규명

차세대 정형외과용 의료기기, 환자 맞춤형 골 재생 치료 기술 활용 기대

세계적 권위 국제 학술지 ‘Science Advances’ 논문 게재

왼쪽부터 서울대 화학생물공학부 황석연 교수, 김정훈 박사

서울대학교 공과대학 화학생물공학부 황석연 교수 연구팀이 골다공증성 골절 치유 과정에서 마그네슘 이온(Mg²⁺)의 방출 시점을 정밀하게 조절해 염증성 면역반응을 완화하고 골 재생을 촉진하는 새로운 생체세라믹 골절 고정 소재를 개발했다.

연구팀은 골절 치유 과정에서 마그네슘 이온이 방출되는 시기와 지속 시간에 따라 면역반응과 골 재생 효과가 달라진다는 사실을 규명했다. 이를 바탕으로 치유 단계에 맞춰 마그네슘 이온을 방출하는 골절 고정 소재를 제시하고, 동물 실험을 통해 골 재생 효과를 입증했다.

이번 연구 성과는 지난 6월 26일 세계적 권위의 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

마그네슘 이온의 '시간차 방출'로 과도한 염증 억제

고령층에서 흔히 발생하는 골다공증성 골절은 뼈의 구조적 손상에 그치지 않고, 골절 부위에서 염증성 보조 T 세포와 대식세포가 과도하게 활성화되면서 골 재생이 지연되거나 재골절 위험이 높아지는 문제가 있었다.

마그네슘 이온은 뼈 형성과 혈관 생성을 돕는 유망한 생체재료로 주목받아 왔으나, 골절 부위의 면역세포가 마그네슘에 과도하거나 장기간 노출될 경우 오히려 염증 반응을 다시 활성화할 수 있다는 지적이 존재했다.

황석연 교수 연구팀은 마그네슘 이온이 골절 직후 강한 염증 단계에서 CD4+ T 세포 내 칼슘 신호(TRPM7 매개 칼슘 신호 및 NFATc1 기반 경로)를 억제한다는 점을 확인했다. 이를 통해 염증을 촉진하는 면역반응(Th1/M1)은 줄어들고, 조직 재생과 회복을 돕는 면역반응(Th2/M2)이 활성화되는 효과를 얻었다.

반면 고농도의 마그네슘이 장기간 유지될 경우 염증 반응이 재활성화될 수 있음을 규명하며, 골절 치유 단계에 맞춘 정밀한 방출 조절이 필수적임을 밝혔다.

동물실험서 효과 입증… 차세대 능동형 치료 플랫폼 기대

연구팀은 이러한 원리를 적용해 골절 초기에는 마그네슘 이온을 빠르게 방출하고 이후 방출량이 점차 줄어드는 '생체세라믹 코팅 골수강내 고정핀(IMN)'을 개발했다.

난소절제 마우스 모델에 적용한 결과, 골절 초기 과도한 염증을 억제하고 이후 뼈가 형성되는 단계에서는 조직 회복 면역반응을 강화해 골절 치유 전 과정에서 면역 균형을 유지하고 골 재생을 촉진하는 효과를 확인했다.

이는 단순 물리적 고정 장치에 머물던 기존 소재를 치유 단계별 면역 조절이 가능한 '능동형 치료 플랫폼'으로 진화시켰다는 평가를 받는다.

황석연 교수는 "이번 연구는 마그네슘 이온의 골 재생 효과가 농도뿐만 아니라 면역세포의 자극 환경과 치료 시점에 따라 달라진다는 점을 규명했다는 데 의미가 있다"며 "향후 골다공증성 골절 환자의 회복을 위한 면역조절 기능성 정형외과 소재 개발로 이어질 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 교육부 지원 한국연구재단 Post-Doc 성장형 공동연구사업, 범부처재생의료기술개발사업단(KFRM), 범부처전주기의료기기연구개발사업단(KMDF)의 지원을 받아 수행됐다. 제1저자인 김정훈 박사후연구원은 향후 면역조절형 생체소재 및 정밀 재생의학 플랫폼 연구를 이어갈 계획이다.