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- 연골은 일단 손상되면 일반적으로 손상된 상태로 유지돼
- 생체 활성 펩타이드와 변형된 히알루론산의 두 가지 성분으로 구성
- 두꺼운 페이스트 형태로 영향을 받은 관절에 직접 주입되는 생리활성 물질
- 생리 활성 펩타이드와 함께 섬유 다발로 구성된 일종의 뼈대를 형성

새로운 생체재료로 연골이 다시 자라게 된다.
인공 관절은 앞으로 덜 필요할 수 있다.

새로운 무릎을 주세요.
과학자들이 관절의 손상된 연골이 다시 자라도록 자극할 수 있는 생체재료를 개발했다. 이는 두꺼운 페이스트 형태로 영향을 받은 관절에 직접 주입되어 연골 조직의 생체 활성 지지체 역할을 한다. 몇 달 후 연골이 다시 재생되면 생체재료는 최종적으로 어떤 잔류물도 남기지 않고 용해된다. 연구팀이 보고한 것처럼 앞으로는 인공 관절의 사용을 더 자주 피할 수 있을 것이다. 

▲ 새로운 생체재료로 처리하기 전과 후의 연골 조직(빨간색) © Samuel I. Stupp/Northwestern University

노화로 인한 마모나 사고로 인해 영향을 받았는지에 관계없이 연골은 일단 손상되면 일반적으로 손상된 상태로 유지된다. 우리의 피부나 간과 같은 일부 내장 기관과 달리 연골은 스스로 자라지 않기 때문이다. 그 결과, 어느 시점에서는 해당 관절의 '쿠션'이 없어지고, 뼈가 서로 부딪혀 통증을 느끼며, 골관절염 등의 2차 질환이 발생할 수 있다.

관절용 생리활성 물질

연골 손상이 매우 심각한 경우 인공 관절이 유일한 해결책인 경우가 많다. 그러나 환자의 경우 이는 대수술, 장기간의 재활 및 일부 위험을 수반한다. 따라서 손상된 연골을 대신 생성하려는 시도가 항상 있다. 예를 들어 코에서 연골 세포를 채취하여 새로운 조직을 성장시킨 다음 이를 손상된 관절에 사용하는 방법이 있다.

일리노이州 노스웨스턴 대학의 제이콥 루이스(Jacob Lewis)와 그의 팀은 이제 특별히 혁신적인 접근 방식을 추구했다. 그들은 두꺼운 페이스트 형태로 영향을 받은 관절에 직접 주입되는 생리활성 물질을 개발했다. 그곳에서 고무 같은 점액으로 변하고 특별한 구성으로 인해 새로운 연골 성장을 자극한다. 작업이 완료되면 페이스트는 잔류물을 남기지 않고 최종적으로 용해된다.

관절이 여러 면에서 인간과 유사한 양에 대한 실험에서 생체재료는 이미 성공적인 것으로 입증됐다. 6개월 이내에 동물의 무릎 관절의 손상된 연골이 크게 재생되어 발로 차는 데 더 잘 대처할 수 있게 되었다.

▲ 생체재료에 의해 형성된 골격의 현미경 이미지: 나노섬유는 분홍색으로, 히알루론산은 보라색으로 표시된다. © Samuel I. Stupp/노스웨스턴 대학교

생체활성 나노스캐폴드가 핵심

이 잠재적인 “기적의 치료법”은 어떻게 작용할까? 페이스트는 기본적으로 연골 성장과 유지에 필수적인 TGFb-1이라는 단백질에 결합해 새로운 연골 조직의 형성을 자극하는 생체 활성 펩타이드와 변형된 히알루론산의 두 가지 성분으로 구성된다.

“많은 사람이 히알루론산에 대해 잘 알고 있다. 히알루론산은 스킨케어 제품의 인기 성분이기 때문이다.” 수석 저자인 Samuel Stupp의 설명이다. “관절과 뇌를 포함해 인체의 많은 조직에서도 발견된다. 연골의 천연 폴리머와 유사하기 때문에 이를 선택했다.” 이를 통해 관절 연골의 자연 구조를 모방할 수 있고 생리 활성 펩타이드와 함께 섬유 다발로 구성된 일종의 뼈대를 형성할 수 있다.

이 프레임워크는 치료 후 관절을 지지하고 새롭게 출현하는 연골 조직의 정착 영역 역할을 하도록 고안되었다. 연구자들이 설명하는 것처럼 생체 물질이 서서히 용해되면 새로 생성된 연골은 더 프레임워크의 지지에 의존하지 않는다.

미래에는 페이스트를 사용할 것?

Lewis와 그의 팀은 미래에 연골에 작은 병변을 남기는 관절 내시경과 같은 다양한 의료 절차에 그들의 생체 물질이 일상적으로 사용될 것이라고 상상할 수 있다. 언젠가는 페이스트가 골관절염 및 기타 관절 질환을 치료하는 데 사용될 수 있을 정도로 개발될 수 있으며 인공 관절의 사용이 덜 필요해질 것이라고 연구원들은 희망한다.
그러나 연골 대체와 그 효과를 확인하기 위해서는 추가 테스트가 여전히 수행되어야 한다.

(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; doi: 10.1073/pnas.2405454121)
출처: Northwestern University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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