티타늄은 우수한 기계적·화학적 특성을 포함하여 여러 중요한 요구조건을 만족하는 생체재료이나, 생체활성이 낮다. 티타늄 표면에서 세포 반응을 향상시키고 이에 따라 골유착을 촉진하기 위해, 세포의 거동에 긍정적으로 영향을 주는 ECM(세포외기질, extracellular matrix)과 유사한 미세환경을 모방하도록 티타늄 표면을 생체기능화하였다. 이와 관련하여, 피브로넥틴과 엘라스틴은 줄기세포 분화를 조절하는 ECM의 중요한 구성요소로서 생물학적 미세환경을 지지한다. 그러나 각 고유 ECM은 생산 비용이 높고 면역원성이 있어 부적합하다. 이러한 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 재조합 키메라 피브로넥틴 type III9-10 및 엘라스틴-유사 펩타이드 절편(FN9-10ELP)을 개발하고, 이를 생체기능화된 티타늄 표면에 적용하였다. 골 재생과 관련하여 생물학적 활성 및 세포 반응을 평가한 결과, 초기 급격한 방출 효과 없이 FN9-10ELP 기능화 티타늄 표면에서 4주간 지속성이 확인되었다. 특히, 사람 중간엽 줄기세포(hMSCs)의 부착과 증식은 코팅하지 않은 티타늄에서 관찰된 값에 비해 FN9-10ELP 코팅 티타늄에서 유의하게 증가하였다. 또한 FN9-10ELP 코팅 티타늄은 알칼리 인산분해효소(alkaline phosphatase, ALP) 활성과 미네랄화 활성과 같은 골형성 분화를 유도하였다. 아울러 콜라겐 type I (Col I), Runt-related transcription factor 2 (RUNX2), 오스테오폰틴(osteopontin, OPN), 오스테오칼신(osteocalcin, OCN), 본 시알로 단백질(bone sialo protein, BSP), PDZ 결합 모티프(TAZ) 등 골형성과 관련된 유전자들의 발현도 추가로 증가하였다. 따라서 in vitro에서 FN9-10ELP 기능화 티타늄은 생체활성을 지속할 뿐만 아니라 hMSCs의 골형성 분화를 유도하여 골 재생을 향상시켰다.

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