【뉴스퀘스트=김형근 과학전문기자】 일반적으로 관절염은 우리의 관절이 손상되어 발생하는 흔하고 고통스러운 질병이다. 보통 연골 패드가 쿠션 역을 해 완충시켜준다.

그러나 부상을 당하거나 나이가 들면 이 연골이 닳을 수 있다. 연골이 악화되면 뼈가 서로 닿기 시작하고, 걷는 것과 같은 일상적인 활동이 끔찍할 정도로 고통스러워진다.

미국 코네티컷 대학(UCnn) 생명공학 연구원들이 토끼 무릎의 연골을 재생하는데 성공했다고 발표했다. 이 연구는 12일(현지시간) 학술지 ‘Science Translational Medicine’에 게재됐다.

연골 이식은 비용이 높고 면역 거부 등 문제 많아

이용 가능한 최고의 치료법은 손상된 연골을 신체의 다른 곳에서 채취한 건강한 세포조직이나 기증 연골로 대체하는 것이다. 그러나 건강한 연골은 공급이 제한되어 있다.

예를 들어 만약 자신의 것이라고 해도 이식을 하면 원래 조직이 있던 부위가 해를 당할 수 있고, 만약 다른 사람의 것이라면 면역체계가 그것을 거부할 가능성이 있다.

따라서 가장 좋은 치료는 손상된 관절 자체의 건강한 연골을 재생시키는 것이다. 일부 연구자들은 신체가 스스로 연골을 성장시키도록 유도하기 위해 화학적 성장 인자를 첨부하는 방법을 시도했다.

다른 시도 가운데 하나는 생체공학을 이용해 뼈 사이에 형판(template)을 넣는 방법이다. 그러나 이러한 접근 방식은 별다른 효과가 없는 것으로 나타났다.

이 연구에 참여한 탄 응우옌(Thanh Nguyen) 박사는 “재생 연골은 자연 연골과 다르게 움직인다. 일반적인 압력만 받아도 연골은 깨지고 만다”고 말했다.

토끼의 경우 생체공학으로 만든 무릎의 압전기 전하(piezoelectric charge)를 자극하며 러닝머신을 따라 깡충깡충 뛰어다닌다. 이 전하는 새롭고 기계적으로 튼튼한 연골의 재생을 촉진하여, 무릎을 부상당하기 전과 같이 튼튼하고 기능적으로 만든다.

응우옌 박사는 연골 재생에 대해 오랫동안 연구해왔다. 연구팀은 전기 신호가 정상적인 연골 성장에 핵심이라는 것을 발견했다.

그들은 수술 상처를 꿰매는 데 종종 사용되는 생분해성 고분자인 폴리 L 젖산(PLLA: poly-L lactic acid)의 나노 섬유로 만들어진 조직 비계(tissue scaffold)를 설계했다.

‘압전기 원리’를 이용해 연골을 자라게 해

나노 물질은 압전기(piezo-electricity)라고 하는 깔끔한 특성을 가지고 있다. 이것은 압착되면 약간의 전류를 발생시킨다. 사람이 걷는 것과 같이 관절의 규칙적인 움직임은 PLLA 골격에 약하면서도 꾸준한 전기장이 형성되면 조직(세포)가 군락을 이루어 연골로 성장하도록 유도할 수 있다.

외부 성장 요인이나 줄기세포(잠재적으로 독성이 있거나 원치 않는 부작용을 일으킬 위험이 있는)가 필요하지 않으며, 결정적으로 성장한 연골은 기계적으로 아주 튼튼하다.

연구팀은 최근 다친 토끼의 무릎에 넣은 비계를 실험했다. 토끼는 비계가 착상된 뒤 러닝머신에서 운동을 하도록 했고, 예상대로 연골이 정상적으로 자라났다.

“압전기는 인체에도 존재하는 현상이다. 뼈, 연골, 콜라겐, DNA 및 다양한 단백질은 압전기 반응을 보인다. 연골 치유를 위한 우리의 접근법은 임상적으로 응용 가능하다. 우리는 사람과 관련된 치유 메커니즘을 조사할 예정”이라고 연구팀은 말했다.

결과가 흥미진진하지만 응우옌은 조심스럽다. 그는 "이것은 놀라운 결과이지만, 우리는 이것을 사람과 비슷한 더 큰 동물에 실험할 필요가 있다"고 말했다.

응우옌은 성장시킨 연골이 오래 지속되는지 확인하기 위해 최소 1년~2년 동안 치료한 동물을 관찰할 예정이다. 그리고 나이든 동물들에게도 PLLA 비계를 실험하는 것이 이상적일 것이라고 생각하고 있다.

관절염은 보통 인간이 노쇠해서 생기는 질병이다. 어린 동물들은 나이든 동물들보다 더 쉽게 치유될 수 있다.

만약 압전기 비계로 나이든 동물도 치유할 수 있다면 그것은 진정으로 생명공학적인 돌파구가 될 수 있을 것이다.