포스텍(총장 김무환)은 이준민 신소재공학과 교수팀이 미국 일리노이대 테라사키연구소와 공동으로 무릎연골의 줄기세포를 둘러싸는 PCM-ECM 미세역학적 구조를 구현했다고 7일 밝혔다.
무릎 연골의 미세구조를 그대로 재현한 연골모방조직을 구현하는데 성공함으로써 무릎 통증을 호소하는 사람들에게 반가운 소식이 될 전망이다.
무릎 연골의 연골세포는 얇고 부드러운 세포 주위 매트릭스로 둘러싸여 있다.이는 다시 매우 단단한 세포 외 기질로 둘러싸인 미세구조를 갖고 있다. 하지만 지금까지 연구들은 이러한 실제 무릎 연골에 존재하는 미세구조를 구현하지 못한 체 부드럽거나 혹은 단단한 단일의 매트릭스로 구성된 연골모방조직을 개발하는데 그쳤다.
손상된 연골은 혈액 공급 제한과 관절 내 연골 세포 수 제한으로 스스로 치유하기가 어렵다. 현재 사용되는 치료방법에는 환자의 온전한 연골을 손상된 관절로 이식하는 모자이크 성형술이나, 손상된 연골 아래 뼈에 작은 구멍을 만들어 손상된 관절로의 혈류 증가하는 미세골절 방식 또는 환자 자신의 연골 세포 자가이식이 포함된다. 이러한 치료방법은 비용이 많이 들고 손상된 관절의 기능을 적절하게 복원하지 못한다는 한계가 있다.
연구팀은 생체모방기술로 성체줄기세포를 이용해 무릎연골의 미세구조를 모방하고, 실제 무릎에 가해지는 다이나믹한 기계적 압축 자극을 가해줄 수 있는 시스템을 개발했다. 이 기술을 통해 세포 주위 기질과 세포 외 기질의 단단함 정도의 차이를 미세하게 조절할 수 있으며, 이렇게 생긴 미세한 기계적 단단함의 차이에 의해 줄기세포를 이식 및 재생에 반드시 필요한 연골세포 혹은 불필요한 비대 연골세포로의 분화를 조절할 수 있었다.
이준민 교수는 “실제 무릎 연골 환경과 굉장히 유사한 미세구조를 생체재료의 공학적 설계를 통해 구현했다는 점에서 의의가 있다”며, “이렇게 구현된 생체모방형 미세구조 내에서 줄기세포의 연골세포로의 분화를 정확하게 조절함으로써 앞으로 연골 이식이나 재생의 성공 가능성을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
4단계 BK21 사업, 기본연구지원사업의 지원으로 이뤄진 이번 연구성과는 최근 재료과학 분야 국제학술지 '매터'(Matter)에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
