연골은 재생 안 된다? 콧속 세포 활용해 되살린다

국내 연구진, 연골 구조 모사 기술 개발

비중격 연골세포와 첨단 생체재료 결합

퇴행성 관절염 등 치료 가능성 기여 전망

손상되면 자연 회복이 어려운 인체의 연골을 회복시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 연구진은 양쪽 콧구멍 사이에 있는 비중격의 연골세포를 활용해 실제 연골의 구조와 기능을 재현하는 데 성공했다고 밝혔다.

가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 김성원 교수와 합성생물학사업단장 구희범 교수, 가톨릭대 의대 전정호·천서영 연구원으로 구성된 연구진은 사람의 코 연골에서 얻은 세포와 첨단 생체재료를 결합해 실제 연골 구조를 모사한 ‘라쿠나 기반 연골 재생 기술’을 개발했다고 4일 밝혔다. 이 연구는 국제학술지 ‘화학공학 저널(Chemical Engineering Journal)’에 게재됐다.

연골은 인체의 관절이나 코, 귀 등의 부위에서 충격 흡수와 형태 유지 등 중요한 역할을 하는 조직이지만 혈관이 없어 한번 손상되면 저절로 재생되기가 매우 어렵다. 이런 난제를 해결하기 위해 연구진은 소수의 연골세포가 서로 밀착한 상태에서 세포 바깥을 세포외기질이란 물질이 감싸는 연골 특유의 ‘라쿠나 구조’를 모사했다. 이는 손상 부위에 단순히 연골세포를 집어넣는 방식에 비해 실제 연골과 더 유사하게 조직을 재현하고 기능 또한 회복시킬 수 있는 방법이다.

라쿠나 구조를 만드는 데 활용된 대표적인 기술은 두 가지다. 연골세포들을 뭉쳐 묶음(클러스터) 형태로 만드는 과정에선 식물에서 얻을 수 있는 천연 물질인 탄닌산을 세포 간 접착제로 활용하는 세포 클러스터링 기법을 썼다. 이어서 이 연골세포 묶음을 감싸는 폴리에틸렌글리콜·젤라틴 소재의 하이드로겔은 특정 분자들이 빠르고 정확하게 결합하는 반응 기술인 ‘클릭 화학’을 바탕으로 만들었다.

비중격 연골세포 클러스터를 클릭 화학 기반의 하이드로겔로 감싸 캡슐 형태로 만든 이 세포·하이드로겔 복합체를 이식하면 세포 생존율은 높아지고 연골세포의 분화도 촉진되는 것으로 나타났다. 연골이 손상된 실험동물(쥐)에 이 복합체를 이식한 결과 연골 재생이 효과적으로 이뤄져 실제 연골에 가까운 조직이 형성된 것으로 관찰됐다.

연구진은 이번 연구가 무릎에 외상을 입거나 노화에 따른 퇴행성 질환이 발생해 연골이 손상된 환자를 비롯, 연골 재생이 필요한 다양한 질환 환자들의 치료 가능성을 높일 단초가 될 것이라고 설명했다. 김성원 교수는 “이번 연구는 사람 유래 코 연골세포와 첨단 생체재료를 결합해 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 제시한 만큼 조직공학적 치료법 개발에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.