부러진 뼈에 마그네슘 '타이밍' 맞춰 흘려보내니…골다공증 골절 치유 빨라졌다

부러진 뼈를 고정하는 금속핀 하나에 '언제, 얼마나' 약을 흘려보낼지의 설계가 더해지자 좀처럼 붙지 않던 골다공증 환자의 뼈가 더 빨리 아물기 시작했다. 서울대 화학생물공학부 황석연 교수 연구팀은 골절 부위에 마그네슘 이온을 초기에는 많이, 이후에는 점차 적게 방출하는 뼈 고정용 핀을 개발했다고 밝혔다. 같은 물질이라도 몸속에 풀리는 시점을 조절하면 치료 효과가 달라진다는 점을 짚어낸 연구다.

골다공증성 골절은 뼈의 밀도가 낮아진 고령층에서 흔히 나타나는 손상이다. 문제는 뼈가 부러진 자리에서 벌어지는 면역 반응이다. 골절 부위에서 보조 T세포와 대식세포 같은 면역세포가 지나치게 활성화되면 오히려 뼈를 녹이는 골 흡수가 촉진돼, 뼈가 붙는 속도가 늦어지거나 같은 자리가 다시 부러질 위험이 커진다. 단순히 부러진 구조를 물리적으로 이어 붙이는 것만으로는 해결되지 않는 이유다.

'좋은 재료'가 아니라 '풀리는 타이밍'이 관건이었다

마그네슘은 뼈 재생에 도움을 준다고 알려진 물질이다. 하지만 학계에서는 마그네슘이 늘 이롭기만 한 것은 아니라는 지적도 있었다. 농도가 높거나 오랫동안 노출되면 오히려 잠잠해졌던 염증을 다시 부추길 수 있어서다. 특히 마그네슘이 각각의 면역세포에 시간에 따라 어떤 영향을 주는지는 그동안 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 여기에 '시점'이라는 변수를 넣었다. 골절이 막 일어난 초기에는 마그네슘을 빠르게 많이 내보내 과도하게 끓어오르는 염증을 억누르고, 시간이 지나면 방출량을 줄여 이번에는 조직 재생을 돕도록 한 것이다. 이를 위해 뼈 안쪽 골수 공간에 삽입하는 금속 고정핀(골수강내 고정핀, IMN) 표면을 생체세라믹으로 코팅해, 마그네슘 이온이 시간에 따라 나뉘어 방출되도록 설계했다.

면역세포의 '칼슘 신호'를 건드려 염증 조절

핵심 원리는 마그네슘이 면역세포 안의 칼슘 신호를 조절한다는 데 있다. 연구팀에 따르면 방출된 마그네슘은 CD4+ T세포(면역 반응의 방향을 결정하는 대표적 면역세포)에서 TRPM7이 매개하는 칼슘 신호와 NFATc1 기반의 염증 경로를 차단했다. 그 결과 염증을 부추기는 방향의 면역 반응은 줄고, 손상된 조직의 재생을 돕는 방향의 반응은 활성화됐다. 초기에는 강한 염증을 가라앉히고 이후에는 뼈 재생을 촉진하는 두 가지 효과를 한 소재로 끌어낸 셈이다.

연구팀은 난소를 제거해 골다공증 상태를 재현한 생쥐 모델에 이 고정핀을 적용했다. 그 결과 골절이 치유되는 전 과정에서 면역 균형이 유지됐고, 뼈 재생이 효과적으로 촉진되는 것을 확인했다. 다만 이번 결과는 동물 실험 단계에서 확인된 것으로, 사람에게 적용하기까지는 안전성과 효능을 검증하는 후속 연구가 필요하다.

"농도가 아니라 시점의 문제"…사이언스 어드밴시스 게재

황석연 교수는 "이번 연구는 마그네슘 이온의 골 재생 효과가 단순히 농도만으로 결정되는 것이 아니라 골절 치유 과정에서 면역세포가 어떤 자극 환경에 놓여 있는지와 치료 시점에 따라 달라진다는 점을 규명했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구는 김정훈 박사후연구원이 제1저자로, 황석연 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 성과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 6월 26일자에 실렸다. 연구는 교육부가 지원하는 한국연구재단의 박사후연구원(Post-Doc) 성장형 공동연구사업과 범부처재생의료기술개발사업단(KFRM), 범부처전주기의료기기연구개발사업단(KMDF)의 지원을 받아 수행됐다.

참고 자료
· 서울공대 화학생물공학부 황석연 교수팀, 마그네슘 방출 시점 조절해 골다공증성 골절 치유 촉진하는 골절 고정 소재 개발 — 뉴스와이어 (2026.07.22)