서울대 황석연 교수팀, 골다공증 골절 치유 촉진하는 신소재 개발

노형석 기자

작성일 2026-07-21 08:02

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

연구팀은 골절 치유 과정에서 마그네슘 이온이 방출되는 시기와 지속 시간에 따라 면역반응과 골 재생 효과가 달라진다는 점을 규명했다. 이를 바탕으로 치유 단계에 맞춰 마그네슘 이온을 방출하는 골절 고정 소재를 제시했으며, 동물 실험을 통해 골 재생 효과를 입증했다. 이번 연구성과는 지난 6월 26일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

고령층에서 흔하게 발생하는 골다공증성 골절은 뼈의 밀도가 낮아져 발생하는 구조적 손상뿐만 아니라, 골절 부위에서 염증성 보조 T 세포와 대식세포가 과도하게 활성화되면서 골 흡수를 촉진하고 골 재생을 지연시킬 수 있다. 따라서 골절 치료에는 뼈를 물리적으로 고정하는 것 외에 골절 부위의 면역 미세환경을 적절한 시점에 조절하는 기술이 중요하다.

마그네슘 이온은 뼈 형성과 혈관 생성을 돕고 염증 반응을 완화할 수 있어 정형외과용 생체재료 분야에서 유망한 소재로 주목받아 왔으나, 기존 연구에서는 마그네슘이 항상 골 재생에 유리하게 작용하지는 않는다는 지적이 있었다. 골절 부위의 면역세포가 마그네슘에 과도하거나 장기간 노출될 경우 오히려 염증 반응을 재활성화하고 골 재형성을 방해할 수 있다는 것이다.

황석연 교수팀은 마그네슘 이온이 골절 부위의 면역반응을 조절하는 방식에 따라 뼈 회복 과정이 달라질 수 있음을 확인했다. 골절 직후 강한 염증 반응 시기에는 마그네슘 이온이 CD4+ T 세포 내 칼슘 신호를 조절해 과도한 염증 반응을 억제하고 조직 회복 환경을 조성하는 것으로 나타났다. 구체적으로 마그네슘 이온은 골절 초기 염증 단계에서 면역세포를 과도하게 활성화하는 신호를 억제하여, 염증을 촉진하는 면역반응은 줄이고 조직 재생과 회복을 돕는 면역반응을 활성화했다.

다만, 고농도의 마그네슘이 장기간 유지될 경우 오히려 염증을 촉진하는 면역반응이 재활성화될 수 있음을 확인했다. 이는 마그네슘 기반 골 재생 소재 설계 시 단순히 많은 양의 마그네슘을 방출하는 것이 아니라 골절 치유 단계에 맞춰 방출량과 방출 시간을 정밀하게 조절해야 함을 시사한다.

연구팀은 이러한 원리를 바탕으로 골절 초기에는 마그네슘 이온을 빠르게 방출하고 이후에는 방출량이 점차 줄어드는 생체세라믹 코팅 골수강내 고정핀을 개발했다. 이를 골다공증성 골절을 모사한 동물 모델에 적용한 결과, 골절 초기에는 과도한 염증 반응을 억제하고, 이후 뼈가 다시 형성되는 단계에서는 조직 회복을 돕는 면역반응을 강화하는 효과를 확인했다. 이를 통해 골절 치유 전 과정에서 면역 균형을 안정적으로 유지하고 골 재생을 효과적으로 촉진했다.

이번 연구는 골절 치료용 소재가 단순히 부러진 뼈를 고정하는 역할을 넘어, 치유 단계에 맞춰 골절 부위의 면역반응을 조절해 회복을 돕는 치료 기술로 발전할 수 있는 가능성을 제시했다. 향후 골다공증성 골절 환자를 위한 차세대 정형외과용 의료기기와 환자 맞춤형 골 재생 치료 기술 개발에 활용될 것으로 기대된다.