골에서 콜라겐-골염 나노복합체의 구조 및 기계적 품질(Structure and mechanical quality of the collagen-mineral nano-composite in bone)

전문가 제언

□ 골은 콜라겐이 주성분이면서 골염이 포함된 특수한 조직으로 단단하며 표면상으로는 변화가 없는 것처럼 보이나 항상 변하고 있는 살아 있는 조직이다. 뼈는 골세포와 이들 세포사이에 존재하는 골 매트릭스로 구성되어 있으며 골 매트릭스는 대부분(90~95%) 콜라겐 섬유로 구성된 유기질 성분과, 칼슘으로 구성된 무기질 성분으로 되어 있다. 그 동안 여러 연구자들의 제안된 골 구조의 모델은 표준 섬유, 막대형 또는 혈소판 강화물질, 3중 나선형 및 판형(콜라겐 섬유와 무기물 결정의 강화된 복합체)등이다. 골의 생화학적 조성은 세포를 포함한 유기질이 35%이고 무기질이 45%이며 나머지 20%는 물이다.

□ 이런 성분만 모아 구성한다하여 우리가 일상적으로 사용하는 골의 기계적 성능이 나타날 수 없고 무기물/콜라겐 구조의 여러 모델과 상호작용 메커니즘을 이해해야 한다. 유기질 주형(鑄型)의 유도 없이 단순히 합성된 인회석 만으로서는 복잡한 골 구조의 무기질 상을 표시할 수 없는 것이다.

□ 골의 주요 무기구성물인 수산화인회석은 딱딱한 결정 상태이고 골조직의 경도와 강직도를 결정해 준다. 수산화인회석은 가해진 에너지를 잘 분산시키지 못하기 때문에 주로 유기조직인 콜라겐이 그 역할을 담당한다. 이 유기조직은 나노구조물로 구성되어 있는 제1형 콜라겐 섬유이다. 이는 단백질로서 우리 몸의 골, 힘줄, 피부와 같은 다양한 조직에 탄력성을 부여한다. 골에 가해진 힘을 분산시켜 뼈가 부러지지 않도록 하는 메커니즘이 아직 잘 밝혀지지 않고 있는 실정이다.

□ 최근의 미국 California 주립대학에서 AFM기술을 이용한 연구결과를 보면, 소 힘줄의 콜라겐 단백질을 이용한 실험을 통해 뼈에 있는 고분자들이 일종의 ‘희생결합’을 이용하여 에너지를 분산시킴으로서 뼈의 구조를 보호한다고 보고하였다. 즉 뼈에 충격이 가해질 때 콜라겐 사이의 가교결합이 끊어지면서 충격을 흡수한다는 것이다. 이 희생결합은 대개 30초 이내에 회복되고 회복되는 시간이 충분하게 주어질수록 다음 충격을 견디는 힘이 더 강화되었다. 이와 같은 연구결과는 앞으로 다른 과학자들에 의해 추가로 확인될 것으로 기대되며, 향후 유용한 의학적인 응용으로 이어질 가능성이 높은 것으로 평가된다.

저자

Fratzl, P; Gupta, HS; Paschalis, EP; Roschger, P

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2004

권(호)

14(14)

잡지명

Journal of materials chemistry

과학기술
표준분류

재료

페이지

2115~2123

분석자

서*석

분석물

• 골의 구조와 기계적 품질.pdf [194,784 byte]

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