Research

[심장 판막·혈관·인대 치료에 활용될 천연 엘라스틴 대체용 차세대 원천생체소재 개발]

 POSTECH과 인하대 공동 연구팀이 천연 엘라스틴의 한계를 극복할 수 있는 새로운 인공 생체소재를 개발하는 데 성공했다. 

 우리 몸에는 '엘라스틴(elastin)'이라는 특별한 단백질이 있다. 이 단백질은 마치 고무줄처럼 늘어났다가 다시 원래 모양으로 돌아오는 능력이 있다. 폐가 공기를 들이마시고 내쉴 때, 혈관이 심장박동에 맞춰 늘어났다 줄어들 때, 그리고 웃을 때 피부가 늘어났다가 다시 매끈해질 때 탄력을 유지하는 것도 모두 엘라스틴이 있기 때문이다.

 하지만 이렇게 유용한 엘라스틴을 의료용으로 활용하기는 쉽지 않았다. 자연적으로 얻을 수 있는 양이 제한적이고, 정제 과정도 복잡하며, 사람에게 투여하면 면역 반응이 생길 위험도 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해 개발된 ‘엘라스틴 유사 폴리펩타이드(이하 ELP^*1 )’는 대량으로 생산할 수 있다는 장점이 있지만 천연 엘라스틴의 복잡하고 정교한 기능을 재현하지 못했다. 

 연구팀은 인간 엘라스틴 원료가 되는 '트로포엘라스틴(tropoelastin)'에서 가장 중요한 부분들만 골라내어 새롭게 조립했다. 마치 레고 블록을 조립하듯, 단백질의 물리적 특성에 큰 영향을 주는 소수성 도메인, 단백질들을 단단히 연결하는 가교 도메인, 세포 간 상호작용을 돕는 도메인을 정교하게 결합했다. 이렇게 재설계되어 완성한 새 단백질을 '엘라스틴 도메인 유래 단백질(이하 EDDP^*2)'이라고 이름 지었다. 

 EDDP는 기존 ELP처럼 대량생산이 가능하면서 천연 엘라스틴과 유사한 탄성과 복원력을 갖추었고, 특히 탄성률 등 기계적 특성에서 뛰어난 성능을 보였다.

 더 놀라운 것은 EDDP가 세포 표면에 잘 달라붙고, 세포가 성장하도록 신호를 전달한다는 것이다. 기존 ELP에서는 부족했던 세포 간 상호작용 기능을 강화해, 손상된 조직들을 재생하는 과정에서 세포의 생존과 성장을 직접적으로 도왔다. 무엇보다 우리 몸 단백질과 거의 동일한 구조를 가져 부작용 걱정도 적다.

 차형준 교수는 “이번에 개발한 원천생체소재인 EDDP는 심장병으로 손상된 혈관이나 심장 판막, 끊어진 인대처럼 탄력이 중요한 조직을 재생하는데 활용될 수 있을 것”이라며 기대를 전했다.

 한편, 화학공학과·융합대학원 차형준 교수, 시스템생명공학부 통합과정 조승겸 씨 연구팀과 인하대 생명공학과 양윤정 교수 연구팀이 진행한 이번 연구는 생체재료 분야 세계적 권위지인 '악타 바이오마테리알리아(Acta Biomaterialia)' 온라인판에 게재되었으며, 한국연구재단 중견연구자지원사업과 해외우수연구기관협력허브구축사업 그리고 포스코홀딩스 창의혁신과제의 연구지원으로 수행되었다. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.07.071

1. ELP: elastin-like polypeptide

2. EDDP: elastin domain-derived protein