한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 생체조직의 미세환경을 제어해 상처 치유와 재생을 촉진할 새로운 원리를 밝혀냈다. 상처 치유 의약품 개발과 섬유화 질환 및 암 연구에 중요한 단서가 될 전망이다.

KRISS 바이오이미징팀은 피부 세포를 이용한 연구에서 상처 치유와 재생에 관여하는 섬유화 현상의 기전*을 규명했다. 또한 상처를 둘러싼 생체조직의 미세환경을 역학적으로 정밀 제어해 국소 부위에서 섬유화를 조절할 수 있는 방법을 제시했다.

           *기전: mechanism(메커니즘)과 동일한 용어. 주로 의학용어로 사용되며, 발생하는 원리나 현상을 의미한다.

섬유화는 세포를 둘러싼 세포외기질에 콜라겐 등이 분비돼 생체조직이 딱딱하게 굳어지는 현상으로, 상처에 생기는 딱지가 대표적이다. 정상적인 수준으로 일어나면 상처 치유와 재생에 중요한 역할을 하지만 과잉되면 간이나 폐, 심장 등 장기가 굳어지는 질환을 초래하거나 피부경화증*과 같은 자가면역질환**으로 이어질 수 있다.

           *피부경화증: 피부, 혈관, 근육 등에 변화를 미칠 수 있는 자가면역질환을 일컫는 말이다.

           **자가면역질환: 질병 및 감염으로부터 인간을 보호하는 면역 체계에 문제가 생겨 본인의 인체를 공격하는 질환이다.

섬유화는 섬유아세포가 근섬유아세포로 분화하면서 발생하므로, 섬유화를 조절하려면 이 분화가 발생하는 체내 환경 조건을 이해하는 것이 필요하다.

KRISS 연구진은 광학현미경을 통한 관찰에서 피부 세포외기질의 엘라스틴 양이 20%일 때 섬유아세포의 분화가 가장 활발함을 확인했다. 엘라스틴의 정상치는 10%로, 이 수치가 높아지면 생체조직의 탄성이 높아진다. 섬유화 현상 조절에 주변 미세조직의 성분 변화가 중요하다는 점을 입증한 성과다.

연구진은 이에 더해 단백질 정밀 분석을 통해 생체조직의 역학적 탄성 조절에 관여하는 단백질을 밝혀내고, 이 단백질을 조절해 섬유아세포의 분화를 촉진할 수 있음을 실험을 통해 증명했다.

기존의 섬유화 조절 연구는 섬유아세포의 분화를 촉진하기 위해 세포에 EGF 등의 성장인자를 넣는 화학적 방식을 채택했다. 상처패치, 재생크림 등에 주로 쓰이고 있다. 반면 이번 성과는 국소 부위에서 생체조직의 탄성을 역학적으로 변화시켜 섬유아세포의 분화를 조절하는 방식이다. 성장인자가 세포 내에서 일으킬 수 있는 예상 밖의 연쇄작용을 방지할 수 있어 기존 방식보다 안전하다.

이번 성과는 KRISS가 보유한 비선형 광학이미징 기술과 단백질 정밀분석 기술의 결합으로 탄생했다. 비선형 광학이미징 기술은 시료 내 콜라겐을 염색 없이 무표지로 관찰할 수 있게 해, 극미량의 시료가 염색과정에서 파손되는 것을 방지한다. 단백질 정밀분석 기술은 생체시료 내에 존재하는 단백질을 정확하게 정량분석할 수 있는 기술로, 시료 내 엘라스틴 함량에 따른 세포 내 단백질들의 정보를 제공한다.

이번 성과는 생체조직 미세환경의 제어를 통한 상처 치유 보조의약품 개발과 간섬유화, 폐섬유화, 심장섬유화 등 관련 질병의 치료법 연구에 적용될 수 있다. 또한 엘라스틴의 양은 암세포 증식에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있어, 암의 성장 제어 연구에도 기여할 것으로 기대된다.

김세화 KRISS 바이오이미징팀장은 “이번 성과는 KRISS의 독보적인 첨단 바이오 측정기술 융합의 결실”이라며 “향후 피부 세포가 아닌 장기 세포 등을 활용해 다양한 섬유화 기전으로의 확장 연구를 이어갈 것”이라고 밝혔다.

KRISS 기본사업과 과학기술정보통신부 나노 및 소재 기술개발사업, 국가과학기술연구회 박사후연구원 지원사업으로 수행한 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘바이오머티리얼스 리서치(Biomaterials Research, IF: 15.86)’에 10월 온라인 게재됐다.