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고령화 사회로 접어들면서 퇴행성관절염을 앓고 있는 환자들이 증가하고 있는 가운데, 국내 연구진이 전기 자극만으로 연골재생(분화)을 유도하는 신기술을 개발했다.
을지대학교(총장 조우현) 물리치료학과 권혁준 교수는 고려대학교 바이오의공학과 천홍구 교수와의 공동연구를 통해 외부의 성장인자를 전혀 투여하지 않은 상태에서 전기 자극만으로 연골재생을 유도하는 기술을 Nature 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 12월 22일자에 게재했다고 밝혔다.
연골이 닳아 일상생활을 어렵게 만드는 퇴행성관절염 치료는 현재 약물이나 물리치료, 수술치료를 통해 이루어지고 있다. 그러나 약물이나 물리치료는 통증을 일시적으로 완화시킬 뿐 근본적인 해결책은 되지 못했다. 수술적 치료 또한 연골조직을 원래상태로 회복시키지 못하고, 인공관절은 마모로 인해 사용수명 제한이라는 한계를 가지고 있었다.
때문에 퇴행성관절염의 근본적 치료는 손상된 연골조직을 재생시키는 것뿐이다. 이를 위해 국내외에서 연구가 활발히 진행되고 있으며, 현재는 주로 줄기세포나 연골세포에 유전자를 도입하거나 성장인자를 투여하여 연골조직을 재생시키는 방법이 시도되고 있다. 그러나 이러한 방법은 생체 내 다양한 부작용을 초래할 수 있고, 많은 시간과 비용이 든다는 단점이 있다.
권 교수는 이러한 문제를 극복하기 위해 유전자조작이나 외부의 성장인자 투입 없이 전기 자극만을 이용해 줄기세포의 연골재생을 유도하는 기술을 개발했다. 실험을 통해 쥐의 골수에서 추출한 중간엽줄기세포를 배양접시에서 배양하면서 전기 자극을 가했을 때 줄기세포가 연골세포로 분화하는 것을 확인한 것이다.
이번 연구 성과는 지난 2012년 권 교수가 생체 내 에너지이자 신호전달물질인 ATP(adenosine triphosphateÅ아데노신삼인산)와 칼슘 농도가 일정한 주기의 리듬을 나타내면서 연골형성에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 학계에 처음으로 보고한 것에서 시작됐다. 이를 바탕으로 이번 실험에서는 전기 자극만을 이용하여 줄기 세포내에 ATP 리듬과 칼슘 리듬을 유도하였을 때 줄기세포가 연골세포로 분화된다는 것을 증명했다.
권 교수는 "전기 자극 기반의 연골재생기술을 활용하면 안전하면서도 저비용, 고효율로 연골세포를 대량생산할 수 있고, 연골재생을 위한 새로운 전기치료기술의 개발을 통해 미래 물리치료분야에 크게 기여할 것"이라며, "향후 퇴행성관절염을 앓고 있는 많은 고령 환자들에게 저렴하면서 안전한 연골재생치료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 연구의의를 밝혔다.
한편 권 교수는 전기 자극을 통해 형성된 연골조직을 동물에 이식하여 실제 연골손상 치료 효과에 대한 연구를 추가로 진행 중이다. |
