라이스 대학의 바이오엔지니어 연구자들이 인체 내부에서 안정적으로 원하는 형태로 굳힐 수 있는 하이드로겔 (Hydrogel) 을 개발하는데 성공했다는 소식입니다. 라이스 대학의 대학원생인 브랜던 왓슨 (Brendan Watson) 은 지도교수인 안토니오스 미코스 교수 (Antonios Mikos, Rice’s Louis Calder Professor of Bioengineering and Chemical and Biomolecular Engineering) 및 그 동료들과 함께 인체의 체온인 섭씨 37 도에서 경화되는 바이오겔을 연구 했습니다.
이 특수한 젤은 서머젤링 폴리머 (thermogelling polymer) 라고 불리는데 평소에는 액체나 반 액체 상태로 있다가 특정 온도에서 단단하게 굳어져 반고체가 되는 성질을 가지고 있습니다. 미코스 교수에 의하면 이 연구는 이 특수 폴리머를 이용해서 생체 내에서 손상된 부분을 매우는 것입니다. 일단 폴리머가 온도에 의해 형상을 갖추면 여기로 줄기 세포들이 자라날 수 있으며 뼈의 재생을 도울 수 있다고 합니다. 그후 이 폴리머는 점차 사라지고 그 자리에는 대신 정상 뼈조직이 자라나는 것이 연구의 궁극적 목표라고 하겠습니다. 만약 이 단계까지 가능하다면 임상에서 여러가지 획기적인 응용이 가능할 것으로 보입니다.
그러나 이와 같은 이상적인 시나리오는 현실에서는 여러가지 장벽에 부딪히고 있습니다. 왓슨에 의하면 만약에 체온보다 1-2 도 정도만 낮은 온도에 노출되면 이 겔 성분에서 물이 빠져나오면서 본래 크기의 1/2 - 1/3 수준으로 감소하는 문제가 있었습니다. 그러면 사라진 신체 부위를 메워야 하는 (물론 메우는 목적은 조직을 재생할 세포들이 자랄 수 있는 거푸집의 역할을 시키기 위해서임) 목적을 달성할 수 없게 됩니다.
왓슨과 동료들이 진행한 연구는 이것을 개선하기 위한 것으로 겔에 사용되는 분자를 조금 변형시키는 것이었습니다. 그 결과 새롭게 탄생한 젤라틴 구조물은 오랜 시간 줄기 세포의 거푸집 역할을 할 수 있을 만큼 안정적인 구조를 유지할 수 있었습니다. 아직 원하는 모양으로 뼈조직을 인체 내에서 재생 시킨 것은 아니지만 향후 미래에 연구를 할 수 있는 토대 하나를 더 놓은 셈입니다.
( A new hydrogel invented at Rice University turns from liquid to semisolid as it moves from room temperature to near body temperature in an experiment. The material inside the tube quickly turns white as it gellates. Chemical links in the gel take longer to form, but help it hold its size and shape as a scaffold for growing new tissue. (Credit: Jeff Fitlow/Rice University) )
(동영상)
이 특수 하이드로겔은 인산 에스테르 결합 (phosphate ester bond) 에 의한 교차 결합 (chemical crosslink) 을 이용한 것인데 인산 에스테르 결합을 끊을 수 있는 Alkaline phosphatase 는 인체 골조직에 자연적으로 분포합니다. 특히 새로운 뼈조직이 생길 때 그 농도가 올라가므로 새롭게 생기는 골조직이 있다면 이 하이드로겔은 쉽게 분해될 수 있을 것으로 연구팀은 기대했습니다. 즉 인공 겔에서 실제 뼈로 쉽게 전이될 수 있을 것이라는 기대입니다.
그러나 이 연구가 궁극적으로 목표로하는 조직 공학 - 즉 손상 부위를 젤로 메꾸면 다시 정상 뼈조직으로 대체되는 것 - 은 아직은 갈길이 많이 남아 있다고 하겠습니다. 물론 가능하기만 하다면 획기적이겠지만 뼈조직을 젤 안에서 자라게 만드는 일이나 실제 환자에게 적용해도 좋은지 안전성을 테스트 하기 까지는 시간이 많이 필요할 것이라는 게 개인적인 생각입니다.
이 연구는 미 화학 학회지인 Biomacromolecules 에 실렸습니다.
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