화학연, 나노입자-줄기세포 복합체로 뼈 재생 효율 높였다

선문대와 공동연구, 기존 복합체 불균일 한계 극복

나노입자·줄기세포 스페로이드로 뼈 재생률 1.3배 향상

임상 거쳐 환자 맞춤형 뼈이식재 개발 기대, 국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 화학연구원-선문대 공동연구팀이 차세대 나노입자-줄기세포 복합체로 뼈 재생 효과를 크게 높인 연구 결과를 국제학술지에 발표했다.(왼쪽 아래부터 시계 반대방향으로)주요 논문 기여자인 선문대 하미진 교수(1저자), 화학연 김기영 책임연구원(교신저자)·정원훈 선임연구원(공동저자)·최경진 연구원(공동저자).(사진=화학연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 나노입자와 줄기세포를 결합해 효율적으로 3차원 뼈 조직을 재생할 수 있는 기술을 확보했다.

한국화학연구원은 희귀질환치료기술연구센터 김기영 박사와 선문대학교 하미진 교수 공동연구팀이 인체 지방유래 줄기세포(hADMSC)와 다공성 실리카 나노입자(mSiO₂)를 결합해 '나노 바이오 하이브리드 세포'를 제작, 뼈 형성 능력을 높이는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

줄기세포를 활용한 3차원 세포 집합체(스페로이드, 오가노이드 등)는 장기나 조직을 모사하는 데 활용되고 있다.

하지만 내부에 영양·산소공급이 부족해 세포가 죽거나 균일하게 뼈로 분화되지 못하는 문제가 있어 실제 뼈 재생 치료나 약물 평가에 적용키 어려웠다.

공동연구팀은 줄기세포 표면에 나노입자를 고르게 부착해 세포들이 서로 얽혀 안정적인 구형 구조를 형성하도록 유도했다.

연구팀은 "나노입자는 줄기세포 사이에서 지지대와 뼈 형성 촉진제 역할을 동시에 한다"며 "나노입자가 지지체 역할뿐만 아니라 뼈 형성을 촉진하는 신호물질을 싣고 서서히 방출하고 줄기세포가 원하는 방향으로 균일하게 분화되도록 유도하는 것”이라고 설명했다.

이는 '영양제 캡슐'을 등에 짊어진 세포들이 스스로 뼈로 변신하는 것과 같아 골절 환자의 회복 기간을 단축시킬 수 있고 골다공증·치매성 골손상 치료 등에도 활용 가능하다.

실험 결과, 나노입자-줄기세포 스페로이드는 기존 방식보다 세포 생존율이 높고 뼈세포로 균일하게 분화되는게 확인됐다.

특히 쥐 두개골 결손 모델에 이식했을 때 6주 만에 결손 부위의 36%가 새 뼈로 채워져 세포만으로 구성된 스페로이드 대비 약 1.3배 높은 재생률을 보였다.

향후 대형 동물 모델과 임상연구를 거치면 환자 맞춤형 뼈 이식재 개발에 적용할 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.

이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 'ACS Biomaterials Science & Engineering'에 최근 발표됐다.

김기영 박사는 "뼈뿐 아니라 연골, 피부 등 다양한 조직재생에도 확장될 수 있는 기술"이라고 말했고 이영국 화학연 원장은 "줄기세포 기반 조직재생 기술을 통해 고령화 사회에 증가하는 골절환자 치료에 기여할 수 있길 바란다"고 밝혔다.


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