[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 한양대학교 생명공학과 신흥수 교수팀이 골과 연골로 자발적으로 분화될 수 있는 인공조직을 만들고 이를 실제 조직과 유사한 수준으로 재생시킬 수 있음을 보였다고 2일 밝혔다.

최근 고령화 사회의 진행으로 골다공증으로 인한 골절, 퇴행성관절염 등과 같은 골-연골 환자수가 빠르게 증가하고 있다.

기존 치료법들은 물리적, 생물학적, 구조적으로 상이한 특성을 가지는 골-연골 조직을 동시에 재생이 되도록 유도하는 것이 어려워 경도가 약한 뼈가 형성되거나 유연하지 못한 연골이 형성되는 비정형 조직 형성의 문제점이 발생하고 있다.

최근 줄기세포의 기능을 조절하고 손상된 조직에 맞는 세포를 이식해 높은 치료 효과를 유도하는 기술들이 개발되어 왔으나 골-연골의 복잡한 생리적 미세환경을 공학적으로 구현해 인체 내에 이식된 세포들이 골과 연골조직으로 동시에 재생되도록 제어하는 것은 여전히 난제이다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 줄기세포들이 구형으로 응집된 구조체 내부에 골과 연골 분화인자를 전달, 분화효율을 2배 이상 높여 외부인자 없이 자발적으로 골과 연골로 분화될 수 있도록 했다.

연구과정을 보면 골, 연골 특이적 세포외기질을 모사하기 위해 전기방사기법을 통해 제조된 생분해성 나노섬유에 골, 연골 분화유도인자를 고정해여 줄기세포와 함께 응집시킨 3차원 세포구상체를 형성하는 기술을 개발했다.

또 줄기세포구상체들이 세포의 자가조립 및 자가 조직화현상에 의해 강하게 접합되어 골-연골 이중 층 구조체를 형성할 수 있는 기술을 확립했고 이렇게 만들어진 이중 층 내에 존재하는 줄기세포들은 각각 골, 연골 세포로 분화하고 있음을 체외 배양을 통하여 증명했다.

이어 줄기세포구상체의 자가조립으로 형성된 이중층 구조를 토끼의 무릎 부위 대퇴골 활차구 결손 모델에 삽입하였을 때 조직학적으로 골-연골 조직을 동시에 실제 조직과 유사한 수준으로 재생시키는 것을 증명했다.

이 연구결고에 의하면 실제 골-연골 조직과 유사한 이중층 구조로 구현하는 데 성공했고 21일에 걸친 장기배양에도 줄기세포 구조체는 본래 골, 연골세포 성질을 특이적으로 유지했다.

또 골 재생이 대조군 대비 2배 이상으로 나타나는 한편 국제연골재생평가기준의 2.5배에 달하는 성숙한 연골이 형성됐다.

신흥수 교수는 “줄기세포 구상체의 분화를 특이적으로 제어하고 자가조립을 통해 실제 골-연골 조직과 유사한 구조체를 구현한 것”이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야기초연구사업(중견연구, 기초연구실), 원천기술개발사업(자연모사기술개발사업)의 지원으로 수행됐고 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 11월 21일 게재됐다.