한양대학교 생명공학과 신흥수 교수가 뼈와 연골을 동시에 재생시킬 수 있는 기술을 개발했다.

신 교수팀은 골과 연골로 자발적으로 분화될 수 있는 인공조직을 만들고, 이를 실제 조직과 유사한 수준으로 재생시킬 수 있음을 보였다. 줄기세포들이 응집된 지름 수백 밀리미터 크기 구형 구조체들의 자가조립을 통해 이중층의 인공조직을 유도해 낸 것이다.

아직 미분화된 줄기세포의 증식이나 분화를 조절해 손상조직에 이식할 세포를 얻기 위한 연구는 활발하게 진행되어 왔다. 하지만 복잡한 골-연골의 미세환경을 공학적으로 구현하고, 실제 생체 내에서 골과 연골조직으로 동시에 재생되도록 하면서 이식된 세포들이 오래 살아남도록 하는 방법은 찾지 못했었다.

이에 신 교수팀은 줄기세포들이 구형으로 응집된 구조체 내부에 골과 연골 분화인자를 전달해 분화효율을 2배 이상 높여 외부인자 없이 자발적으로 골과 연골로 분화될 수 있도록 했다. 이를 통해 실제 골-연골 조직과 유사한 이중층 구조를 구현하는 데 성공했다. 또한, 21일에 걸친 장기배양에도 줄기세포 구조체는 본래 골, 연골세포 성질을 특이적으로 유지했다. 이렇게 만들어진 구조체를 활차구 골-연골 조직이 없는 토끼 모델에 이식한 결과, 골 재생이 대조군 대비 2배 이상으로 나타나는 한편 국제연골재생평가기준의 2.5배에 달하는 연골이 형성됐다.

신 교수는 “줄기세포 구상체의 분화를 특이적으로 제어하고 자가조립을 통해 실제 골-연골 조직과 유사한 구조체를 구현한 것”이라고 말했다. 덧붙여, “손상 부위 이식 연구는 물론 약물 유효성 및 독성평가에 쓰일 수 있는 오가노이드 개발에도 실마리가 될 것”이라고 설명했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야기초연구사업, 원천기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 온라인판에 지난 11월 21일 게재됐다.