가톨릭중앙의료원은 기초의학사업추진단 첨단세포치료사업단 김성원 교수, 합성생물학사업단장 구희범 교수, 의과대학 전정호 연구원, 천서영 연구원 공동 연구팀이 사람의 코 연골에서 얻은 세포와 첨단 생체재료를 결합해 실제 연골 구조를 모사한 ‘라쿠나 기반 연골 재생 기술’을 개발했다고 4일 밝혔다.
연골은 한 번 손상되면 자연 회복이 거의 불가능하기 때문에 효과적인 재생기술 개발이 의료계의 오랜 숙제였다. 이번 연구는 단순한 세포 이식이나 조직 대체 방식이 아닌, 자연 구조를 정밀하게 모사해 기능적 회복을 유도하는 전략을 보여줌으로써 조직공학의 미래적 방향을 제시하고 있다.
연구의 핵심은 연골의 ‘라쿠나’ 구조를 모사했다는 점이다. 라쿠나는 소수의 연골세포가 서로 밀착한 채 세포외기질(세포 바깥을 감싸고 있는 단백질‧당 같은 물질)에 둘러싸여 있는 연골 특유의 구조다. 이는 단순히 세포를 넣는 방식보다 훨씬 실제 연골과 유사하게 조직을 재현할 수 있는 방법으로 주목받고 있다.
연구팀은 이 구조를 만들기 위해 두 가지 기술을 활용했다. 탄닌산을 활용한 세포 클러스터링 기법(탄닌산은 식물에서 얻을 수 있는 천연 물질로, 세포들을 뭉치게 해주는 접착제 역할)과 ‘클릭 화학’ 기반의 하이드로겔을 적용했다.
이처럼 클러스터 형태로 만든 코중격 연골세포를 클릭 화학 기반 하이드로겔에 캡슐화하면, 세포 생존율이 높아지고 연골세포로의 분화도 촉진된다는 사실이 실험을 통해 확인됐다.
실제로 연구팀은 세포-하이드로겔 복합체를 연골이 손상된 쥐 모델에 이식한 결과, 우수한 연골 재생 효과를 확인했다. 면역조직화학적 분석에서도 실제 연골에 가까운 조직이 형성된 것이 관찰됐다.
김성원 교수는 “이번 연구는 사람 유래 코 연골세포와 첨단 생체재료를 결합하여 실제 연골의 구조를 모사하고, 연골 재생 가능성을 실험적으로 입증한 데 큰 의미가 있다”며 “향후 무릎이나 턱, 코 재건 등 연골 손상 치료를 위한 다양한 임상적 적용 가능성을 제시하여 조직공학적 치료법 개발에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이 연구는 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 최근 게재됐다.
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