"뼈 다시 자라게 한다"…미토콘드리아의 숨은 역할 밝힌 이윤실 교수

과기정통부·연구재단, '대한민국 과학기술인상' 5월 수상자 선정
조골세포 미토콘드리아가 골재생 촉진 사실 세계 첫 규명…골다공증 치료 새 가능성

뼈를 만드는 세포 속 미토콘드리아가 손상된 뼈 재생을 촉진한다는 사실이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 규명됐다. 단순히 뼈 손실을 늦추는 수준을 넘어 손상된 뼈 자체를 다시 자라게 하는 새로운 골질환 치료 전략으로 이어질 가능성이 제기된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이 같은 연구 성과를 인정해 대한민국 과학기술인상 5월 수상자로 이윤실 서울대학교 치의학대학원 교수를 선정했다고 6일 밝혔다.

이윤실 서울대 치의학대학원 교수. 과기정통부 제공

대한민국 과학기술인상은 최근 3년간 독창적 연구 성과로 과학기술 발전에 기여한 연구자를 매월 선정해 수여하는 상이다. 과기정통부는 올해부터 기존 '이달의 과학기술인상'을 '대한민국 과학기술인상'으로 개편했다.

고령화로 골다공증·골감소증·골절 환자가 빠르게 늘고 있지만, 기존 치료제는 대부분 뼈가 파괴되는 것을 억제하는 방식에 머물러 있었다. 장기 복용 시 부작용 우려로 치료 중단 기간이 필요한 점도 한계로 지적돼 왔다.

이윤실 교수 연구팀은 이런 한계를 넘어 손상된 뼈를 직접 재생시키는 새로운 접근법에 주목했다. 연구팀은 조골세포 안의 미토콘드리아가 뼈 형성을 촉진하는 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

특히 연구팀은 조골세포의 미토콘드리아만 초록색 형광을 띠도록 만든 유전자변형 생쥐를 세계 최초로 개발했다. 이를 통해 조골세포가 활성화될 때 미토콘드리아가 도넛 형태로 변형된 뒤 작은 소포체 형태로 세포 밖으로 분비되는 과정을 실시간으로 관찰했다.

"세포 발전소" 넘어 골재생 촉진 신호 역할

연구팀은 또 조골세포에서 분비된 미토콘드리아를 손상된 뼈 부위에 이식했을 때 골전구세포 분화가 촉진되고 뼈 재생 속도가 빨라진다는 사실도 확인했다.

조골세포의 미토콘드리아만 초록색으로 빛나도록 만든 유전자변형 마우스 개념도. 연구팀은 이를 통해 뼈 조직에서 조골세포만 선택적으로 분리하는 기술을 개발했으며, 조골세포 활성화 과정에서 미토콘드리아가 도넛 형태로 변형된 뒤 잘게 나뉘어 세포 밖으로 분비된다는 현상도 세계 최초로 확인했다. 과기정통부 제공

이는 미토콘드리아가 단순히 세포 내 에너지를 만드는 기관이 아니라, 세포 간 신호를 전달하고 조직 재생을 유도하는 역할까지 수행한다는 점을 보여준 성과다.

연구팀은 조골세포만 정밀하게 분리하는 기술도 함께 개발해 골재생 연구의 정밀성과 재현성을 높였다. 관련 기술은 국내와 미국에서 총 6건의 특허가 등록됐고, 11건이 추가 출원됐다.

이번 연구는 대사생물학 분야 국제학술지 Cell Metabolism 2023년 2월호 표지 논문으로 선정됐다. 이후 이 교수는 국제 학술지 Nature Metabolism에 미토콘드리아 연구 방향을 제시하는 국제 컨센서스 리포트에도 참여하며 관련 연구를 이어가고 있다.

이 교수는 "단순히 질환 진행을 늦추는 것을 넘어 손상된 조직 자체를 회복시키는 치료가 보편화되는 시대를 여는 것이 목표"라고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr