자기 혈액으로 '근육+혈관' 함께 만든다…난치성 근손상 치료 새 접근[과학을읽다]

UNIST·연세대, 혈관화 근육 조직 제작 플랫폼 'SPARC' 개발…운동 기능 회복 효과 확인

국내 연구진이 환자 자신의 혈액을 활용해 근육과 혈관을 동시에 재생할 수 있는 인공 조직 제작 기술을 개발했다. 하나의 구조체 안에서 근육 재생과 혈관 형성을 동시에 유도하는 방식으로, 외상이나 암 절제 이후 발생하는 대용적 근육 손상 치료의 새로운 대안이 될 수 있을지 주목된다.

한국연구재단은 강주헌 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 교수 연구팀과 진윤희 연세대학교 의과대학 교수 연구팀이 미세유체 기반 전단응력을 활용한 혈관화 근육 조직 제작 플랫폼 'SPARC(스파크)'를 개발했다고 20일 밝혔다.

미세유체 칩 내부 전단 흐름을 이용해 하나의 구조체 안에 근육 재생용 고강성 영역과 혈관 형성용 저강성 영역을 동시에 구현한 혈관화 근육 조직체 모식도. 고강성 영역에서는 근육세포가, 저강성 영역에서는 혈관세포가 각각 성장·분화한다. 강주헌 UNIST 교수 제공

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구·신진연구·기초연구실 지원사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 Advanced Materials에 지난달 22일 온라인 게재됐다.

대용적 근육 손상은 외상이나 암 절제 등으로 근육이 광범위하게 손상된 상태를 말한다. 근육과 혈관이 함께 파괴돼 자연 회복이 어려운 데다 기존 이식체 역시 근육 재생이나 혈관 형성 가운데 한쪽 기능에 치우쳐 두 조직을 동시에 재생하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 혈액 응고 과정에서 생성되는 단백질 '피브린(Fibrin)'에 주목했다. 피브린은 환자 혈액에서 직접 얻을 수 있어 면역 거부 반응이 적은 맞춤형 생체 소재로 활용할 수 있다.

연구팀은 미세유체 채널 내부 마이크로 기둥 구조를 활용해 유체 흐름의 세기인 '전단응력(Shear stress)'을 정밀하게 조절하는 스파크 플랫폼을 구축했다. 전단응력이 높은 영역에서는 피브린 다발이 조밀하게 정렬돼 근육세포 분화에 적합한 단단한 환경이 형성됐고, 전단응력이 낮은 영역에서는 혈관세포가 네트워크를 만들기 쉬운 유연한 구조가 형성됐다.

그 결과 하나의 구조체 안에서 근육과 혈관이 공간적으로 구분돼 동시에 성장하는 데 성공했다. 실제 생쥐 근육 손상 모델에 적용한 결과, 제작된 구조체는 숙주 혈관과 연결돼 혈관 재형성과 근섬유 재생, 운동 기능 회복을 촉진하는 것으로 나타났다.

이번 연구는 자가혈액 유래 피브린만으로 근육 재생과 혈관 형성을 동시에 유도하는 구조체를 구현했다는 점에서 기존 조직공학 기술과 차별화된다는 평가다. 여러 소재를 혼합하지 않고 피브린이 물리적 자극에 따라 정렬되는 특성을 활용해 하나의 구조체 안에 서로 다른 미세환경을 구현했다.

강주헌 UNIST 교수는 "피브린이 물리적 자극에 따라 정렬되는 특성을 활용해 단일 소재 기반 복합 미세환경을 구현한 점이 차별점"이라며 "향후 외상성 근육 손상이나 암 절제 후 조직 결손 등 다양한 난치성 질환 치료로 확장 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr