▲ 조직재건 방법의 과거와 현재 그리고 미래.

◇ 현재의 골 조직 매식소재

손상된 인체 부위에 골 조직을 이식했을 때 발생할 수 있는 문제들을 해결하기 위해 인공적으로 합성해 제조한 골 대체소재 또는 임플란트가 많이 사용된다. 이러한 인공소재는 인체에 시멘트에 의해 생물학적 또는 생체활성 방법으로 고정된다. 그러나 현재 사용되고 있는 임플란트들은 모두 생명력이 없는 물질로 인체의 조직과 영원히 이물질로 남아있거나 시간이 지남에 따라 분해돼 인체내에 흡수되게 된다. 또 생리학적 환경 변화에 스스로 적응하거나 치료할 수 있는 능력이 없다.

현재 대부분의 골 대체소재는 적용 위치와 목적에 따라 생체불활성·생체활성·생분해성 소재가 사용된다. 그 중에서도 생체친화성이 가장 우수한 인산칼슘계 세라믹소재가 많이 사용되고 있다.

▲ 생물학적 반응성에 따른 생체 세라믹소재의 분류.

◇ 미래의 골 조직 재생소재

현재 연구개발 중이고 가까운 미래에 임상에 많이 응용될 ‘조직공학적으로 재생된 인체조직’은 현재의 골 조직 이식방법에서 발생 가능한 모든 문제점을 해결할 수 있다. 조직공학적으로 제조된 조직을 사용하거나 골 조직재생이 가능한 생체활성 소재를 이용해 선천적 또는 후천적인 골조직의 결함을 효과적으로 치료할 수 있을 것으로 예상한다. 또한, 선천적인 결함 조직이나 장기에 유전자 치료법이 가미된 조직공학 기법이 활용될 수 있는 시대가 곧 도래할 것으로 기대하고 있다.

골 조직을 조직공학적으로 제조하기 위해 골세포가 잘 부착해 증식하고 분열할 수 있는 담체, 즉 다공성 지지체(Scaffold)가 필수적으로 필요하다. 이 생분해성 바이오세라믹 지지체에 골세포 또는 줄기세포를 섞어 골 조직이 생성될 수 있는 환경에서 배양을 하면 골 조직이 재생된다. 골 조직을 배양할 때 골 형성 인자들을 함께 넣어주면 골 조직 생성이 훨씬 빨라지는 것으로 알려졌다.

조직공학을 이용한 골 조직 재생 방법은 장기적인 최종 목표는 될 수 있으나 현재 기술 수준으로는 여러 가지 제한 요소가 있어 조직공학 기법이 준하는 새로운 방법이 필요했다. 지금까지 시도되고 있는 손상된 골조직의 재생 방법은 크게 두 가지로 아래와 같이 대별할 수 있다.

◯ 체외(In Vitro) 세포배양법을 사용 안함

(A) 채취된 줄기세포와 지지체를 혼합 후 체내에 이식해 조직재생

◯ 체외(In Vitro) 세포배양법을 사용

(B) 배양된 세포와 지지체를 혼합 후 체내에 이식해 조직재생
(C) 골형성인자가 코팅된 지지체를 배양된 세포와 in vitro 배양 후 체내에 이식수술

▲ 골조직 재생방법에 따른 골조직 형성기간 비교.

앞에서 언급한 A·B·C 세 가지 방법을 사용해 골조직의 재생기간을 비교 연구한 결과에 의하면 줄기세포를 증식하지 않고 인산칼슘계 세라믹 지지체와 섞어 이식한 경우가 가장 시간이 많이 걸렸으며 (약 3∼4주), 배양으로 증식된 골세포를 지지체와 섞어 체내에 이식한 경우에는 2∼3주, 골형성 인자를 코팅한 지지체에 배양된 세포를 혼합한 후 이식한 경우에는 1 주만에 새로운 골조직 형성이 관찰됐다.

■ 골조직 재건 및 재생소재의 성장성

최근 들어 근·골격계 및 치과분야에서 골조직 재건 및 재생용 소재 시장이 급성장하고 있으며, 국내외적으로 치과 및 정형외과분야에 생체 세라믹소재를 활용한 다양한 의료기기 제품이 많이 출시되고 있다.

BCC 리서치는 근골격계 질환 치료와 바이오물질의 세계 시장규모는 2009년 448억달러에서 연간 5.2% 성장해 2014년 578억달러 규모에 이를 것으로 전망하고 있다.

미국의 Medical Device Manufacturing (2008) 보고서는 2013년까지 미국의 의료기기시장은 노인층 관련 의료기기가 성장을 주도하고, 그 중 심장질환과 정형외과보철관련 의료기기 및 환자조기진단기기 시장이 급부상할 것으로 예상하고 있다.

▲ 미국 의료기기시장 성장주도 품목의 수요규모 전망.

미국을 비롯한 선진국들은 지난 수십년 동안 과감한 투자를 한 결과 생명공학 분야의 기반 및 원천 기술의 확보로 세계시장에서 지속적인 우위를 유지하고 있다.

우리나라도 세계적으로 초기 연구단계인 1990년대 중반부터 조직공학을 이용한 인간의 골조직 재생 신기술 개발에 일찍 뛰어든 덕분에 현재 경쟁국들과의 기술 격차는 그리 크지 않은 상황이다.

지금까지 생체소재에 대한 체계적인 연구개발의 기반이 확립됐다고 하지만, 면역학적·생물학적·기능적으로 완전한 골조직 대체물의 개발에 대해서는 한정된 범위 내에서만 성공적이다. 인체조직의 조직공학적 생산과 임상적용은 아직도 많은 연구개발이 요구되고 있다.

■ 골조직 재건 및 재생용 소재의 역할과 위상

골조직 재건 및 재생용 소재로 사용되는 생체 세라믹소재는 적용분야로 보면 치과와 정형외과 분야로 크게 구별된다. 사용되는 생체 세라믹소재는 임상에 사용되는 목적과 위치에 따라 같은 소재라 하더라도 다른 형상으로 제조돼 사용 된다.

일반적으로 인공치아나 인공관절 같은 내마모성이나 기계적인 강도가 요구되는 의료기기에 사용되는 소재는 생체불활성으로 치밀한 블록형태의 제품이 사용된다. 골대체물 같이 기계적인 강도보다는 생체친화성이 더 중요시되면 인산칼슘계 소재인 생체활성이나 생분해성 소재로 만든 다공질이나 코팅재가 사용된다.

▲ 골조직 재건 및 재생용 생체 세라믹소재의 역할.

치과관련 제품에서 생체 세라믹소재가 인공치아로 각광 받는 이유는 자연치아와 유사하게 심미적이고, 내마모성 및 화학적 안정성이 우수해 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 또, 정형외과에서 인공관절에 사용되는 일루미나 또는 지르코니아 제품은 다른 금속이나 고분자소재로 만든 제품보다 훨씬 내마모성이 우수해 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있다.

그 외에도 인산칼슘계 세라믹소재는 생체친화성이 금속이나 고분자소재보다 훨씬 우수해 치과나 정형외과 분야에서 자가골을 대체할 수 있는 유일한 대안의 골대체용 소재이다. 또 인산칼슘계 소재는 금속소재나 고분자소재의 생체친화성을 향상시키기 위해 코팅을 하거나 첨가해 복합소재로 사용하기도 한다.

최근 들어 조직공학기법을 이용해 골 조직을 재생시킬 때, 지지체의 성분과 제조기술은 세포관련 기술(세포배양 기술·보관기술·이식기술)과 더불어 매우 중요한 인자이다. 인산칼슘계 세라믹소재는 우수한 생체친화성과 생분해성 특성 때문에 골 조직공학의 지지체로서 매우 중요한 역할을 하고 있다.

■ 생체 세라믹소재분야별 기술개발동향

고령화에 따른 근골격계 및 치과분야에서 골조직 재건·재생이 필요한 환자가 늘어남에 따라 이에 관련된 생체 세라믹소재의 수요도 매년 급증하고 있다. 최근 들어 치과용 및 정형외과용 임플란트의 보급이 활성화됨에 따라 생체친화성이 개선된 새로운 형태나 기능을 지닌 제품이 요구된다. 의사가 시술하기 편리하고 환자에게는 치료기간이 짧은 새로운 형태의 의료기기가 필요하다.

이러한 새로운 요구를 충족시키기 위해 생체 세라믹소재 표면에 골형성을 향상시킬 수 있는 물질의 하이브리드화 기술, 생체활성 세라믹을 사용해 금속 임플란트 표면을 개질하는 기술, 조직공학을 위한 3-D 다공체제조 기술 등의 신기술 개발과 더불어 정밀하게 제어된 생체 세라믹 원료 분말에 대한 수요 또한 증가할 것으로 기대된다.

◇ 골 대체물용 세라믹소재

현재 생체적합성이 우수해 인산칼슘계 세라믹소재가 인공 골대체물로 사용돼왔으나 인산칼슘계 세라믹소재 자체가 가지는 낮은 기계적 물성 때문에 큰 하중을 받지 않는 치과용 영역에 국한해 응용되고 있다. 이 때문에 인산칼슘계 소재의 기계적 강도를 획기적으로 향상시키는 연구보다는 원료합성, 미세기공(Micro Pore) 도입, 3-D 다공성 블록·콜라겐 등의 골형성물질 코팅과 같은 표면적 및 생체활성을 증대시켜 골전도성과 골유도성을 향상시키는 연구개발이 주로 진행되고 있다.

골전도성을 갖는 생체 세라믹소재로는 석고(Calcium Sulfate), 인산칼슘계 세라믹, 콜라겐, 생체활성 유리 등이 있다.

석고 소재는 생분해성 특성을 갖고 있으며, 우수한 생체적합성도 지니고 있다. 1996년 미국의 Wright Medical Technology사의 OsteoSet 제품이 FDA 승인을 받고 다양한 형태(펠렛·파우더·주입 가능형)로 시판되고 있다. 현재 미국 시장의 약 20%를 차지하는 제품으로 우리나라에서도 가장 많이 쓰이고 있는 인공골 중의 하나다.

인산칼슘계 세라믹 제품으로는 HA, TCP 등이 있으며, 생체적합성이 우수한 HA에는 산호유래(Coralline) HA와 인공 HA 소재가 있다. 산호유래 HA는 천연산호를 수열 처리해 만든 것으로 인체의 해면골과 유사한 다공성 구조를 지니고 있다. 미국의 Interpore사가 관절주위의 해면골 대체소재로 ProOsten(1992 FDA 승인) 제품을 출시했다. 인공안구로는 IOI사의 Bioeye, POREX사의 Medpor제품 그리고 산호 자체를 그대로 사용하는 Inteb사의 Biocoral 제품이 있다.

합성 TCP 소재는 생분해성 소재로서 인공 골 대체소재로서 가장 다양하게 사용되고 있다. 제품으로는 TCP를 주성분으로 하는 Orthovita사의 Vitoss 제품, 프랑스 Biomatlante사의 TCP와 HA가 혼합된 제품, 과립 형태로 제조한 Novabone짋 제품 등 다양한 제품이 시판 중이다.

생체활성 유리 및 결정화 유리는 주로 미국·일본에서 활발히 연구됐고 현재에도 관련 기술이 가장 앞서 있으며, 이미 상품화 돼 임상적으로 성공을 거두고 있다.

일본의 Kokubo가 개발한 결정화유리를 Cerabone-AW짋라는 상품명으로 일본전기초자(NEG)에 기술을 이전했고, NEG에서는 인공척추제, 인공장골로 제조하고 시판했으나 회사 내부 사정으로 인해 2000년 12월 이후 생산 중단했다.

Berger 등은 A-W 결정화유리와 약간 다른 조성의 유리를 열처리해 아파타이트와 월라스토나이트를 석출시킨 유리(IImplant짋-Li)를 제조하고 현재 악골 충진재로서 실용화돼 있다.
1983년 Holand 등은 아파타이트와 운모를 석출시킨 결정화유리를 합성했고, 이 결정화유리는 Bioverit짋의 이름으로 상품화됐는데 결정화유리에 비해 절삭성이 우수해 현재 인공 척추체로 쓰이고 있다.

Norian·Orthovita·Etex·Orthofix 등은 HA를 기본으로 한 다양한 형태의 제품을 출시했는데, 이 제품들은 생체적합성이 우수해 주변 골조직과 초기 골융합이 빠르고 임상에 사용하기가 편리해 그 시장규모를 확대하고 있는 중이다.

최근에는 빠른 골성장과 골융합을 유도하기 위해 골형성단백질(BMP)과 함께 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

또 다른 방향은 골대체물 형상을 자연골과 유사하게 제조하거나 생체적합성이 우수한 유무기복합체를 개발하는 연구도 진행되고 있다.

캐나다의 맥길대학에서는 개조된 잉크젯 프린터를 사용해 진짜 뼈와 같은 3차원의 생체세라믹 인공뼈를 생산했는데, 이는 현재 RP(Rapid Prototype)방법의 효시이다.

또 일본에서는 뼈 매트릭스에 아주 유사한 나노구조를 가지는 아파타이트/콜라겐 복합체를 인공적으로 합성하는 것에 성공해, 나노 복합물을 이용한 인공뼈 소재 개발에 박차를 가하고 있다.

◇ 임플란트(인공치근)용 세라믹소재

인공치근(Fixture)은 치아의 뿌리를 대체하는 보철물이고, 인공치관은 치아의 상부형태를 인공적으로 부여하는 보철물을 말한다. 초기 인공치근의 재질로는 단결정 알루미나와 아파타이트가 응용됐으나 최근에는 이러한 세라믹 치근소재는 찾아보기 힘들어졌다. 최근에는 대부분이 티타늄(cp-Ti 또는 Ti 합금) 금속이 주로 사용되고 있는데 이것은 티타늄의 우수한 기계적 특성뿐만 아니라 가공과 표면처리 면에서 세라믹보다 쉽게 수행할 수 있기 때문이다.

역사적으로 세라믹 인공치근은 일본 교세라에서 1979년 처음으로 알루미나 단결정을 출시했으나 낮은 생체적합성으로 골융합(Osseointegration)에 문제를 나타내었다. 이 문제를 해결하고자 일본광학에서는 생체친화성이 우수한 HA계 인공치근을 개발해 판매했으나 취약한 기계적인 특성 때문에 생산이 곧 중지됐다.

1990년대 이후부터는 세계적으로 다른 인공치근 소재에 비해 기계적인 강도와 생체친화성면에서 우수한 Ti 제품이 100% 사용되고 있으며, 부족한 생체적합성을 보완하기 위해 생체적합성이 우수한 HA 세라믹 분말을 플라즈마 코팅한 제품이 출시됐으나 장시간 매입 후 Ti와 HA 결합층의 분리로 HA 코팅의 실효성에 의문이 제기되고 있다. 때문에 현재는 HA 코팅 인공치근보다는 Ti의 표면물성·구조를 제어하기 위해 다공성을 부여하거나 IBAD 등을 이용한 HA 증착에 대한 연구가 진행되고 있다.

또한 마이크로 나사(Micro Thread) 도입, 샌드블라스팅 또는 산 에칭에 의한 표면처리, 양극산화층 생성 등에 의한 다공층 형성, 콜라겐 등의 골형성물질 코팅과 같은 표면적 및 생체활성 증대에 대한 연구개발이 주로 진행되고 있다.

세라믹소재, 금속소재 보다 내마모성·심미성 우수

생체 적합성·생분해성 등 인체 가까운 소재 연구

◇ 정형외과 인공관절용 세라믹소재

고관절 보철물로 생체불활성 세라믹 골두가 1990년대 초부터 유럽을 중심으로 사용돼 왔으며, 지금까지 유럽지역에서만 약 200만개 이상의 알루미나 골두가 사용돼 왔는데 이것은 유럽 전체 고관절의 1/3을 차지한다.

고관절전치술의 장기적인 실패는 골두와 비구컵의 마찰에 따른 마모로 발생한 미세분말이 골소실(Osteolysis)의 원인이 돼 인공 고관절의 무균이탈 (Aseptic Loosening)이 일어나기 때문이다. 따라서 골두를 알루미나로 바꿀 경우 금속에 비해 약 1/5로 마모량을 줄일 수 있으며, 비구컵 소재를 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 대신 알루미나로 대체해 알루미나 골두와 짝을 이루어 인공 고관절로 응용할 시 그 마모량은 다시 약 1/4로 줄어드는 것으로 보고되고 있다.

또한 알루미나 보다 높은 기계적 강도와 인성을 지닌 지르코니아를 사용해 환자에 따라 골두의 크기를 작게 하거나 지지대(Stem)의 골두 삽입 부분 길이를 조절하는 등 고관절전치술 보철물 디자인에 융통성을 부여할 수 있게 됐다. 최근에는 지르코니아/알루미나 복합체를 이용해 지르코니아의 저온열화 물성을 억제하는 동시에 강도 및 경도를 향상시킨 제품도 출시되고 있다.

◇ 인공치관(치아)용 세라믹소재

인공치관은 금, 은, 백금, 파라디움 등 귀금속 합금 위에 세라믹 도재를 올려 응용시킨 금속도재관(Porcelain Fused to Metal: PFM)이 주류를 이루고 있다.

PFM에서 나타나는 대합치의 지나친 마모, 불투명 산화물층, 도재층의 파절, Ni-Cr계 금속 프레임의 불투명성에 따른 심미성 저하, 도재의 높은 융점 등의 문제를 해결해 고기능성, 고심미성 도재를 개발하려는 연구도 진행되고 있다. 특히 Ni-Cr계 금속 프레임대신 Color Backing 효과가 우수한 Au계 귀금속 프레임을 사용하려는 연구와 함께 Au계 귀금속 프레임의 낮은 융점에 맞추어 사용할 수 있는 저융점 세라믹 분말의 개발이 진행되고 있다.

1990년대에 들어 자연치아와 같은 심미성에 대한 강한 욕구와 PFM 사용시 용출되는 금속이온에 의한 체내부작용 및 과민반응 가능성 때문에 PFM의 금속을 제외시킨 전도재관(All Ceramic Jaket Crown)로 바뀌고 있는 추세다.

전도재관의 소재로는 Glass-ceramic·알루미나·지르코니아 등이 사용되며 사용되는 소재의 조성 및 제조 공정에 따라 다양한 제품이 출시되고 있다.

전도재관의 연구개발 방향은 심미성 부여, 기계적 특성(강도 및 인성) 향상에 의한 임상 신뢰도 확보, 삭제된 치아와의 적합도 향상, 전도재관 제작 공정의 단순화 및 저가화로 요약된다.

현재 자연치아와 동일한 광 투과성을 가질 뿐만 아니라 인공치관으로서 적합한 기계적 물성과 생체적합성을 갖는 지르코니아 소재 이용이 급성장하고 있다. 또한 이와 관련된 원료분말 및 지르코니아 블록의 수요 또한 급증하고 있다. 최근에는 세계적으로 CAD/CAM을 이용해 전도재관 및 브릿지로 제작하는 공정개발에 관련된 기술개발이 기공사와 치과의사의 인공치아 제작에 일대 혁명을 가져왔다.

◇ 조직공학 지지체용 세라믹소재

조직공학기법을 이용해 골 조직을 재생시킬때, 지지체의 성분과 제조기술은 세포관련 기술(세포배양 기술·보관기술·이식기술)과 함께 매우 중요한 인자 중의 하나이다. 즉, 골 조직을 조직공학적으로 제조하기 위해 골세포가 잘 부착해 증식하고 분열할 수 있는 담체, 즉 다공성 지지체(Scaffold)가 필수적이다.

생분해성 바이오세라믹 지지체에 골세포 또는 줄기세포를 섞어 골 조직이 생성될 수 있는 환경에서 배양을 하면 골 조직이 재생된다. 골 조직을 배양할 때 골 형성 인자들을 함께 넣어주면 골 조직 생성이 훨씬 빨라지는 것으로 알려졌다.

인산칼슘계 생체 세라믹소재는 우수한 생체친화성과 생분해 특성 때문에 골 조직공학의 지지체로서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 때문에 전 세계적으로 생체세라믹 지지체의 개발 또는 중요한 연구개발 과제이다.

동일한 골세포와 배양환경 하에서 조직공학적으로 골 조직을 재생시켜도 골 조직의 생성 속도는 지지체의 화학적 물리적 특성에 따라 크게 달라진다. 골 조직 생성용 지지체가 갖추어야 할 물리적·생물학적·화학적 요구조건을 나열하면 다음과 같다.

◯ 생체적합성

인공 지지체에서 제일 중요한 전제 조건이다. 아무리 우수한 생체적합성을 지닌 지지체라도 이식하기 전 고온이나 EO 가스 또는 감마(γ)-선을 이용해 멸균한다.

◯ 기공크기 및 형상

세포의 부착이나 성장에 가장 중요한 요인으로 비표면적이 큰 것이 좋다. 기공의 크기는 세포의 종류에 따라 다르나 골세포는 200∼400㎛의 크기가 좋은 것으로 보고되고 있으며, 3-차원으로 기공간 서로 연결된 개기공(Open Pore)을 지녀야 한다.

◯ 생분해성

세포가 부착하고 증식, 분화 후 새로운 골 조직이 생성됨에 따라 지지체는 서서히 표면과 내부로부터 사라져야 한다. 즉 지지체의 생분해 속도의 조절이 매우 중요한데 보통 6개월 이내에서 생분해돼야 한다.

◯ 기계적 강도

특히 경조직을 생성할 때 지지체의 기계적 강도가 충분해 그 형상을 유지해야 한다.

◯ 서방시스템

간혹, 항생제나 골형성인자 등을 함유시켰을 때 골 조직 생성을 향상시키기 위해 조절된 속도로 서서히 방출되는 것이 필요하다.

▲ 조직공학적으로 골 조직 재생을 위해 제조된 다공성 인산칼슘계 세라믹 지지체 (Ca/P = 0.5).

■ 생체 세라믹소재 기술개발의 핵심 이슈

◇ 인공관절의 내마모성 향상

현재 생체 세라믹소재 중 강도와 인성이 가장 우수한 알루미나와 지르코니아가 인공관절로 많이 사용되고 있으나, 세라믹소재의 가장 큰 약점인 갑작스런 파절의 문제는 여전히 남아있다. 현재 이러한 세라믹소재에 미량의 첨가물을 가하거나 미세구조를 조절해 인성을 높이면서 내마모성을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 또 지르코니아/알루미나 복합체를 이용해 지르코니아의 저온열화 물성을 억제하는 동시에 강도 및 경도를 향상시킨 제품도 출시되고 있다.

◇ 인공치근의 골융합 특성 향상

인공치근 Ti 제품의 부족한 생체적합성을 보완하기 위해 생체적합성이 우수한 HA 세라믹 분말을 플라즈마 코팅한 제품이 출시됐으나 장시간 매입 후 Ti와 HA 결합층의 분리로 HA 코팅의 실효성에 의문이 제기되고 있다. 이 때문에 최근에는 HA 코팅 인공치근보다는 Ti의 표면물성·구조를 제어하기 위해 다공성을 부여하거나 IBAD 등을 이용한 HA 증착에 대한 연구가 진행되고 있다. 그 외에도 표면거칠기, 표면에 다공층 형성 그리고 콜라겐 등의 골형성물질 코팅 등의 표면적 및 생체활성 증대에 대한 연구개발이 주로 진행되고 있다.

◇ 인공치관의 심미성 및 정밀한 작업성 향상

인공치관 PFM(Porcelain-Fused-to-Metal)에서 가장 큰 문제점은 Ni-Cr계 금속 산화물층에 의한 심미성 저하 및 용출된 금속이온에 의한 체내 부작용이다. 이 때문에 금속을 포함하지 않는 전도재관(All Ceramic Jacket Crown)로 바뀌고 있는 추세이다.

전도재관 소재로는 결정화유리(Glass-ceramic), 알루미나 등이 사용됐으나 현재는 자연치아와 동일한 광 투과성을 가지면서 적합한 기계적 물성과 생체적합성을 갖는 지르코니아 소재의 사용이 대세이다.

이와 관련된 지르코니아 원료분말 및 블록의 제조 연구도 많이 이루어지고 있고, 최근에는 세계적으로 CAD/CAM을 이용해 전도재관 및 브릿지(Bridge)로 제작하는 기술 또한 핵심 이슈가 되고 있다.

◇ 골대체물 및 지지체의 골전도 및 골유도 특성 향상

자가골과 동일한 화학성분·구조·기능을 갖는 인공 골대체물의 제조는 생체소재 연구자의 꿈이다. 즉 자가골과 화학성분이 유사한 생체활성 및 생분해성 인산칼슘계 생체세라믹소재를 활용해 자가골과 동일한 구조와 유사한 골대체물의 제조는 지금까지 가장 큰 이슈가 되고 있다.

사람의 뼈나 동물의 뼈를 처리해 골대체물을 제조하거나 천연 산호를 수열합성·제조하는 연구가 진행돼 다양한 제품이 출시되고 있다. 그러나 현재에는 이러한 소재의 면역학적 위험성 및 가득성의 한계를 넘은 인공 골대체물의 개발이 주 이슈가 되고 있다. 즉, 골대체물이나 지지체에 원하는 크기의 기공 도입과 3차원적으로 연결된 다공성 블록의 제조방법에 관한 연구가 진행되고 있다.

인공 골대체물과 지지체에 자가골과 같은 골유도성을 부여하기 위해 골형성을 향상시킬 수 있는 물질의 하이브리드화 기술도 큰 이슈이다.