뼈는 우리 몸에서 매우 중요한 역할을 한다. 가장 큰 기능으로는 신체를 지지해 그 형태를 갖추게 한다는 점이다. 또 내부 기관을 보호하고 뼈에 부착되어 있는 근육에 대해 지렛대 역할을 한다. 골수 내에서 적혈구를 생산하기도 하며, 무기물 등을 축적했다가 필요에 따라 혈류를 통해 공급하는 저장고로서의 역할도 수행한다.

이러한 뼈는 안타깝게도 스스로 재생하는 능력은 약하다고 할 수 있다. 특히 넓은 범위의 골절이나, 정밀한 뼈 재생이 필요할 때에는 별도의 인공뼈, 즉 골대체재를 넣어줘야 한다. 이는 허리디스크에도 마찬가지다. 허리디스크의 수술적 치료는 손상된 디스크를 제거하고, 그 자리에 디스크의 각도와 높이를 대체할 수 있는 구조물을 넣어줘 위아래 뼈를 이어 붙이는 척추유합술을 시행하게 된다. 여기서 골대체재는 중요한 역할을 한다.

척추유합술의 수술 방법은 허리 후방 또는 측방 절개로 디스크를 제거하고, 위아래 척추뼈 사이에 자가골 또는 골대체재 이식을 통해 두 개의 뼈를 하나로 이어 붙인다. 이어 척추의 안정도를 높이고 변형을 교정하기 위해 추체간 삽입물 또는 후방기기(나사못)를 사용해 고정시킨다.

골이식에 사용할 수 있는 이식재료는 환자 본인의 뼈인 자가골, 소의 뼈를 주 재료로 만든 이종 골대체재, 사람의 뼈를 주재료로 만든 동종 골대체재 등이 있다. 그러나 이들을 통해 골유합이 완전히 이루어지기까지는 통상 6~12개월간 오랜 시간이 소요되며, 이 시간 동안 환자들은 일상생활을 수행하며 뼈와 관절 운동을 지속적으로 수행하기에 예상 골유합 시점보다 치료 기간이 지연될 수 있다. 따라서 뼈가 더 빨리 붙을 수 있는 골대체재의 필요성이 높아져 왔다.

다행히도 2000년대 들어 과학 기술의 발전으로 다양한 합성 골대체재가 개발됐다. 합성 골대체재 중에서도 세라믹 성분을 기반으로 하는 대체재(황산칼슘, 인산칼슘, 삼인삼칼슘, 수산화인회석 등)는 골형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2; BMP-2)의 전달체로 사용했을 때, 기존의 콜라겐 스펀지 전달체를 이용한 것보다 더 높은 골유합 성공률을 보일 뿐 아니라 이식 영역 밖에서 뼈가 과도하게 생성되는 부작용의 위험 또한 낮은 것을 입증했다.

골대체재는 비단 허리디스크의 수술적 치료에만 이용되는 것은 아니다. 교통사고 등 외상으로 인한 뼈 손상 시 재건 목적으로도 사용할 수 있다. 특히 안면부의 뼈 손상 부위를 재건하는 것은 기능적인 측면과 심미적인 부분을 동시에 고려해야 하므로, 환자 맞춤형인 골대체재가 필요하다.

최근 각광받고 있는 환자 맞춤형 골대체재는 생체활성 고강도 세라믹(BGS-7)과 생분해성 고분자(흡수성) 소재(PCL)의 복합 소재를 3D프린팅 기법으로 제작한 것이다.

BGS-7은 뼈와 강하게 결합하고 뼈 재생을 촉진한다는 장점이 있지만, 세라믹 소재이다 보니 경도가 높아 스크류 고정술 적용 시에는 깨짐이 발생할 수 있어 사용하기 어렵다는 아쉬움이 있었다.

이러한 아쉬움을 해결하기 위해 BGS-7과 생분해성 고분자인 PCL을 일정 비율로 배합함으로써 경도를 조절해 커팅(Cutting) 및 셰이빙(Shaving) 등 추가 변형이 가능하며, 원하는 위치에 고정을 위한 구멍을 뚫거나 스크류를 식립해 사용할 수 있도록 개발됐다. 이 BGS7-PCL 복합 소재는 뼈와 강하게 결합하는 BGS-7의 특성을 그대로 지녀 주변 뼈와 직접 유합함으로써 빠른 골유합을 가능하게 한다는 점도 주목할 만하다.

허리디스크와 안면부 뼈 재건은 이제 더 이상 정복하지 못할 꿈이 아니다. 우리에게는 과학 기술의 발전과 더불어 진보되어 온 첨단 골재생 솔루션, 골대체재가 있다. 앞으로도 골대체재는 인류의 삶의 질 향상과 안녕을 영위하기 위해 더욱 발전시켜 나가야 할 중요한 재생의료 솔루션이 될 것이다.