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케라틴은 침과 접촉하면 치아 표면을 복원할 수 있다.

머리카락으로 만든 치약, 치아 법랑질 복구
케라틴은 침과 접촉하면 치아 표면을 복원할 수 있다.

치아 법랑질은 스스로 재생되지 않는다. 한 번 손상되면 영원히 사라진다. 하지만 연구자들은 케라틴으로 만든 치약이 미래에 해결책을 제시할 수 있다는 것을 발견했다. 양모에서 추출하여 치약으로 가공한 케라틴은 손상된 치아 법랑질을 복구하고 초기 충치를 치료할 수 있다. 

▲ 일반 치약은 치아 법랑질을 보호할 수는 있지만, 복구할 수는 없다. 하지만 이는 바뀔 수 있다. pixabay

우리의 치아는 주로 법랑질, 상아질, 시멘트질이라는 세 가지 단단하고 뼈와 유사한 광물화된 조직으로 이루어져 있다. 법랑질은 치아의 가장 바깥쪽 층이며 인체에서 가장 단단한 물질이다. 하지만 법랑질이 부서지지 않는 것은 아니다. 구강 위생 불량, 노화, 산성 식품은 치아 법랑질을 손상시키고, 최악의 경우 충치와 치아 상실로 이어질 수 있다.

▲ 연구 개요도 (출처: Biomimetic Mineralization of Keratin Scaffolds for Enamel Regeneration / 12 August 2025 / Advanced Healthcare Materials)

하지만 뼈나 머리카락과 달리 치아 법랑질은 재생되지 않는다. 불소가 함유된 치약은 마모 과정을 늦출 수는 있지만, 되돌릴 수는 없다. 따라서 연구자들은 치아 법랑질을 모방하고 최소한 부분적으로라도 복구할 수 있는 전략과 소재를 찾고 있지만, 아직까지는 제한적인 성공만을 거두고 있다.

▲ 치아 법랑질은 스스로 재생되지 않기 때문에 적절한 관리가 더욱 중요하다. © RasiBhadramani/GettyImages

양모에서 치약으로

킹스 칼리지 런던의 사라 가메아(Sara Gamea)가 이끄는 연구진은 이 문제를 해결할 수 있는 치약을 개발했다. 이들은 양모에서 케라틴을 추출하고, 모발 단백질을 미세 분말로 가공해 치약을 만들었다. 연구진은 이 케라틴 치약을 이전에 법랑질이 약간 손상된 사람의 어금니에 테스트했다. 어금니는 충치의 전구체로 작용했다.

▲ 양모에서 추출한 케라틴을 치약으로 가공하면 치아를 "복구"할 수 있다. © King's College London

인공 법랑질로서의 케라틴

현미경으로 관찰한 결과, 치약에 함유된 케라틴은 타액에서 발견되는 미네랄과 함께 자연 치아 법랑질의 구조와 기능을 모방하는 고도로 조직화된 결정질 구조를 형성한다는 사실이 밝혀졌다. 이 구조는 칼슘과 인산 이온을 끌어당겨 치아 주위에 법랑질과 같은 보호층을 형성한다. 또한, 케라틴은 치아의 노출된 신경관을 밀봉하여 통증에 대한 민감도를 낮춘다.

▲ 케라틴 유기 기질 조립 및 이차 구조 특성 분석. A) 3일간 물로 세척하고 탈수한 후, 광물화되기 전 케라틴 필름을 보여주는 이미지. B) 표면에 유기 구정체가 있는 유기 케라틴 필름의 PLM 이미지. *삽입 그림은 특징적인 복굴절 몰타십자 모양을 가진 케라틴 구정체를 고배율로 촬영한 것이다. C) 광물화되기 전 케라틴 필름 내부의 부채꼴 구조를 보여주는 SEM 이미지. 케라틴 필름의 자가 조립; D) Ker5, E) Ker10, F) Ker5TE1, G) Ker10TE1. H) 광학 현미경으로 구정체가 촬영된 영역을 보여주는 유기 필름의 FTIR 이미지. 필름의 4개 다른 영역에 해당하는 FTIR 아미드 I(1600–1700 cm−1)이 화학 지도에 표시되어 포착되었으며, 해당 2차 구조 분해 백분율이 상대적 원형 차트에 표시되어 있다.(출처: Biomimetic Mineralization of Keratin Scaffolds for Enamel Regeneration / 12 August 2025 / Advanced Healthcare Materials)

케라틴은 손상된 치아의 회복력도 향상시킬 수 있다. 건강한 치아의 경도는 3GPa(기가파스칼)인 반면, 연구진이 손상시킨 치아의 경도는 0.07GPa에 불과했다. 그러나 케라틴으로 치료한 치아는 시험 후 2.1GPa의 경도를 회복했다.

치과 분야의 변화

연구진은 모발에서 추출한 케라틴이 치아 법랑질 재생에 매우 적합하다는 결론을 내렸다. "더욱 발전된 연구와 적절한 산업 협력을 통해, 이발처럼 간단한 일로도 더 강하고 건강한 치아를 만들 수 있을 것이다"고 킹스 칼리지 런던의 수석 저자인 셰리프 엘샤르카위(Sherif Elsharkawy)는 말했다.

▲ 케라틴 처리된 WSL을 광화 용액에 배양한 구조적 특성. A) 안면 표면의 치료 창을 보여주는 소구치 이미지. 오른쪽의 WSL은 WSL의 특징적인 백악질 흰색 외관을 가지고 있으며, 왼쪽의 케라틴 처리된 병변은 불투명도가 감소하여 케라틴의 재광화 효과를 보여준다. B) 건강한 법랑질과 결함이 있는 법랑질 사이의 계면. WSL 영역의 프리즘/프리즘 간 연속성이 손실되고 프리즘 내부에 기공이 생성되었으며, 이는 원래 법랑질과 비교한 것이다. C) 원래 법랑질 표면을 보여주는 B의 고배율 이미지. D) 두 영역 사이의 구조적 차이를 확인할 수 있는 WSL과 케라틴 처리된 병변 사이의 계면. 및 횡단면. E) 처리되지 않은 WSL 표면의 고배율 이미지. F) 기공을 채운 새로 성장한 프리즘 법랑질을 보여주는 케라틴 처리된 병변의 표면 모습. G) WSL 창의 단면도.케라틴으로 수리된 새로 형성된 에나멜(오른쪽)과 WSL에서 손실된 프리즘(왼쪽) 사이의 계면을 보여준다.H) 손실된 프리즘을 묘사할 수 있는 에나멜 표면에서 20~50µm 떨어진 깊이에서 WSL을 유도하여 생성된 에나멜 기공의 단면도.점선 흰색 화살표는 기공의 위치를 보여준다.I) 케라틴으로 처리한 WSL의 단면도.병변 위에 케라틴(두께 40~50µm)이 있는 새로 형성된 에나멜 층의 재구성된 층을 보여줍니다.1은 표면에서 케라틴으로 처리한 WSL 위의 수리된 에나멜을 보여준다.2는 WSL의 에나멜 표면에서 50~80µm 떨어진 깊이에서 수리된 에나멜을 보여줍니다. J) 케라틴 처리 후 표면에서 복구된 WSL을 고배율로 촬영한 사진. 기존 법랑질 사이에 새롭게 형성된 결정이 이전에 형성된 틈을 채우고 있으며, 케라틴이 이 틈으로 침투하여 결정 성장을 촉진했음을 보여준다. K) J의 고배율 SEM 사진. 케라틴이 침투한 WSL을 보여준다. 일부 결정은 c축을 따라 프리즘의 방향이 같고, 다른 결정은 수직으로 배열되어 있다. L) 법랑질 표면에서 약 50~80µm 떨어진 부분의 기공을 케라틴이 채워 재건된 법랑질. 일부 영역은 유기 기질(흰색 화살표)로 채워진 것으로 보입니다. P: 프리즘, IP: 프리즘 사이. (출처: Biomimetic Mineralization of Keratin Scaffolds for Enamel Regeneration / 12 August 2025 / Advanced Healthcare Materials)

케라틴 치약은 앞으로 치과의 다른 치료 방법들을 대체할 수 있다. 가메아는 "케라틴은 머리카락이나 피부와 같은 생물학적 폐기물에서 지속 가능한 방식으로 추출될 뿐만 아니라, 수복 치과에서 흔히 사용되는 독성이 강하고 내구성이 떨어지는 기존 플라스틱 레진의 필요성을 없애준다"며 "케라틴은 또한 자연 치아 색상과 더 쉽게 일치할 수 있어 이러한 치료 방법보다 훨씬 자연스러워 보인다"고 설명했다.

참고: Advanced Healthcare Materials, 2025; doi: 10.1002/adhm.202502465
출처: King’s College London

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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