골 손상 시 자연 회복이 어려운 난제를 극복하기 위한 차세대 조직공학 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 첨단세포치료사업단 김성원 교수(서울성모병원 이비인후과)와 합성생물학사업단장 구희범 교수(가톨릭의대 의생명과학교실) 공동 연구팀은 사람 코 연골에서 얻은 세포와 첨단 생체재료를 결합, 실제 연골 구조를 모사한 ‘라쿠나 기반 연골 재생 플랫폼’을 구축했다고 4일 밝혔다. 

연골은 관절·코·귀 등에 존재하며 충격 흡수와 형태 유지에 중요한 역할을 하지만 혈관이 없어 손상 시 자연 재생이 거의 불가능하다. 이에 따라 재건술이나 인공이식 외에는 뚜렷한 치료 방법이 없었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 연골 특유의 ‘라쿠나(lacuna)’ 구조를 재현했다. 라쿠나는 소수 연골세포가 밀착해 세포외기질에 둘러싸인 구조로 단순 세포 이식보다 실제 연골에 가까운 조직 재생을 가능케 한다.

이를 위해 연구진은 ▲식물 유래 천연물질인 탄닌산(tannic acid)을 이용한 세포 클러스터링 기법 ▲폴리에틸렌글리콜(PEG)·젤라틴을 결합한 ‘클릭 화학(click chemistry)’ 기반 하이드로겔 제작 기술을 적용했다. 이렇게 형성된 세포-하이드로겔 복합체는 세포 생존율과 연골세포 분화 능력을 크게 향상시켰다.

실험에서는 코중격 연골세포(hNC)와 하이드로겔 복합체를 연골 손상 쥐모델에 이식한 결과, 실제 연골에 가까운 조직이 형성되는 재생 효과가 확인됐다. 면역조직화학 분석에서도 우수한 연골 재현성이 입증됐다.

김성원 교수는 “사람 유래 코 연골세포와 첨단 생체재료를 결합해 실제 연골 구조를 구현하고, 재생 가능성을 실험적으로 확인했다”며 “향후 무릎·턱·코 재건 등 다양한 임상 적용이 가능하다”고 말했다.

구희범 교수는 “이번 기술은 단순 세포 주입이나 2D 배양을 넘어선 3차원 조직공학 기반 재생의학 성과”라며 “기초의학과 공학이 결합한 대표적 사례”라고 강조했다.

한편, 이번 성과는 국제학술지 Chemical Engineering Journal(IF=13.2) 9월호 온라인판에 게재됐다. 전정호·천서영 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.