인체에 안전하면서도 접착력과 코팅력이 뛰어난 홍합접착단백질을 이용해 손상된 뼈 조직을효과적으로 재생하는 ‘기능성 3차원 지지체’가 국내 연구진에 의해 개발되었다.

차형준 교수와 조동우 교수 및 가톨릭대학교 이종원 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행되었고, 생체소재 분야의 권위 있는 학술지인 ‘ActaBiomaterialia’지에 온라인으로 (4월 2일자) 게재되었다. (논문명: Enhancement of bone regeneration through facile surface functionalization of solid freeform fabrication-based three-dimensional scaffolds using mussel adhesive proteins)

연구팀은 손상된 뼈 조직을 재생하기 위해 3차원 지지체에 줄기세포를 표면에 부착했다. 이때, 지지체 표면에 줄기세포의 견고한 접착을 위해 홍합접착단백질이 사용되었고, 특히, 줄기세포가 뼈로 분화가 잘 되도록 기능성 펩타이드*를 첨가하였다. 이를 동물실험(쥐 실험)에 적용한 결과, 뼈 재생 효과가 기존보다 4배 이상 향상되는 효과를 보였다.

※ 생체기능성 펩타이드 : 2～20개의 짧은 특정 아미노산 서열로, 인체의 조직을 구성하는 세포의 활성을 도와 공학적으로 광범위하게 이용되고 있음
 
지지체는 이식된 세포가 조직에 효과적으로 자리 잡을 수 있도록 도와줄 뿐만 아니라, 세포가 효율적으로 조직을 재생할 수 있도록 유도하는 중요한 역할을 담당한다. 지지체는 대표적으로 손상된 연골, 피부, 혈관과 같은 조직 치료를 위해 광범위하게 활용되고 있다.

특히 3차원 지지체는 조직재생에 적합한 구조적인 이점 때문에 최근 각광을 받고 있지만, 고분자(polymer)로 이루어진 지지체 표면에 특정 기능을 부여하는 것이 쉽지 않고 효율적이지 못해, 전 세계 연구팀들은 이보다 쉽고 효율적인 방법(표면개질)을 개발하고자 꾸준히 시도해왔다.

차 교수팀은 지난 2010년 9월에도 교과부와 연구재단의 지원으로 홍합접착단백질에 세포를 활성화시키는 생체기능성 펩타이드를 결합하여 세포의 특성을 그대로 살리면서도 접착력이 뛰어난 기능성 세포접착제를 개발한 바 있다. (Biomaterials지, 2010년 9월)

연구팀은 이를 기반으로 손쉬운 표면개질방법을 이용해 뼈 세포를 활성화시키는 펩타이드가 표면에 효율적으로 노출되도록 유도하여 효과적으로 뼈 조직을 재생하는 3차원 지지체를 구현하였다. 특히 이번에 개발된 3차원 지지체는 사람의 지방으로부터 추출한 줄기세포(stem cell)가 잘 붙고 성장하며 뼈 조직으로 분화되도록 도와준다는 사실을 확인하였다.

또한 연구팀은 파손된 쥐의 두개골에 3차원 지지체를 이식하자, 아무 것도 이식하지 않은 것에 비해 4배 이상 높은 뼈 재생효과가 있지만, 어떠한 부작용도 없음을 확인하였다.

차형준 교수는 “이번 연구는 연구팀이 자체 개발한 재조합 홍합접착단백질이 조직공학용 생체소재로서 실제 활용될 수 있음을 동물실험을 통해 확인한 첫 번째 사례로서, 향후 다양한 인체 조직재생을 위한 기능성 지지체 코팅소재로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.