금속소재의 표면에너지가 혈청단백질의 부착 및 골아세포의 증식과 분화에 미치는 영향

Abstract

본 연구에서는 금속소재의 표면에너지가 혈청단백질의 부착 및 골아세포의 증식과 분화에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 실험에는 디스크 형태의 티타늄(commercially pure titanium, grade 2)과 스테인리스강(stainless steel, 316L)을 다이아몬드와 알루미나 슬러리로 약 0.46 nm의 조도를 갖게 동일하게 연마한 뒤 사용하였다. 물의 접촉각을 측정을 통해 표면에너지를 계산한 결과, 티타늄은 68.4 dyne/cm, 스테인리스강은 43.9 dyne/cm으로 티타늄이 스테인리스강 보다 높은 표면에너지 값을 갖는 것을 알 수 있었다. 표면에너지 차에 따른 혈청단백질의 부착 양상을 평가하기 위해 소태아혈청을 두 금속 표면 위에 탑재 후 37℃에서 1시간 동안 유지 시킨 뒤 인산완충식염수을 이용해 세척하고 lysis 버퍼를 이용해 금속 표면에 붙어있는 단백질을 얻었다. 그 후 BCA분석을 이용해서 부착된 단백질의 총량을 측정하였고 SDS-PAGE, 2D-PAGE, MALDI-TOF, LC-MS/MS, Western blot 및 ELISA 분석을 통해 부착된 단백질의 종류 및 양을 평가하였다. 두 금속의 서로 다른 표면에너지가 골아세포의 증식과 분화 미치는 영향을 평가하기 위해서는 두 금속표면 위에 골아세포를 배양 후 MTS법으로 증식능을 ALP 활성 측정 및 alizarin red 염색법을 통하여 분화능을 평가했다. 그 결과 표면에너지가 상대적으로 높은 티타늄 표면에서 더 많은 양과 종류의 혈청단백질이 부착됨이 관찰됐으며, 특히 골아세포의 증식과 분화에 큰 영향을 미치는 것으로 알려진 fibronectin, vitronectin, osteogenic growth peptide 등이 상대적으로 더 많이 부착됨이 확인됐다. 실제로 골아세포의 증식과 분화도 티타늄 표면에서 통계적으로 유의한 수준에서 (P < 0.05) 스테인리스강 보다 더 증가함이 확인됐다. 이상의 결과로부터 스테인리스강에 비해 상대적으로 높은 티타늄의 표면에너지는 많은 종류와 양의 혈청단백질 흡착을 유도하고 이는 다시 골아세포의 높은 증식능과 분화능을 유발하는 것으로 생각된다.