성균관대 김근형 교수 연구팀, 디스크 및 근육 재생용 바이오프린팅 시스템 개발

▲ 형상 기억 콜라겐 구조체의 디스크 재생능 검증 (자료=성균관대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 허리 디스크 퇴행증은 완전 치료가 힘든 난치성 질환에 속하며, 현재 치료법으로는 통증 완화에 그치는 실정이다. 하지만 고령화로 인해 디스크 질환을 겪는 환자들은 더욱 늘어나고 있어, 디스크를 완전 재생할 수 있는 재생 의학적 치료법에 대한 필요성이 부각되고 있다.

줄기세포 혹은 히알루론산과 같은 하이드로겔을 주입하여 디스크가 재생되도록 하는 것이 이러한 치료법에 해당한다고 볼 수 있다. 다만 기존의 재생 의학 치료법은 디스크가 재생되는 데 도움이 되는 물질을 단순 주입하는 것이 대부분으로, 그 한계가 명확하다.

▲ 성균관대 김근형 교수 연구팀

성균관대학교(총장 유지범) 의과대학 김근형 교수 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 디스크 재생에 가장 효율적인 재료 중 하나인 콜라겐을 사용하여 디스크 재생에 필요한 특성을 갖도록 가공하여 기능성 콜라겐 기반 디스크 재생용 치료제를 제작하는 기술을 연구하였다.

특히 연구팀이 제작한 치료제는 형상 기억 기능이 있어서 디스크 내에서 지속적으로 가해지는 하중을 견디고 형태를 유지하여 디스크의 재생을 크게 향상시키는 것을 목적으로 한다. 또한, 자체 개발한 콜라겐 기반 디스크 재생용 치료제를 비임상적으로 평가하기 위해 분당차병원의 한인보 교수 연구팀(임창수, 안자니 다라이 연구원)과 공동연구를 통하여, 해당 치료제가 쥐 꼬리 척추 디스크 질환 모델에서 기존 디스크 재생에 자주 쓰이는 히알루론산이나 알지네이트 치료제에 비해 월등히 향상된 디스크 재생 효능을 갖는 것을 확인하였다.

김근형 교수는 "쥐를 이용한 비임상 결과들을 바탕으로 추후 임상 테스트를 통해 인체에서의 효능도 기대해볼 수 있으며, 요통증으로 고통받는 환자들의 완전 치료 및 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대한다"고 부연했다.

또한, 김근형 교수 연구팀은 새로운 바이오프린팅 시스템을 기반으로 다양한 패턴을 갖는 노즐을 디자인하고 근육 세포의 성장 및 분화를 유도 시킬 수 있는 기하학적 패턴을 갖는 세포구조체를 제작하였다. 제작 공정에서 노즐의 패턴에 따라 다양한 단면을 가진 구조체를 제작하였는데, 이를 통해 근육 세포의 배열성을 획기적으로 향상시킨 구조체를 제작하였다. 이 구조체는 쥐를 이용한 동물실험 평가에서 기존 바이오프린팅된 구조체에 비해 높은 세포 배열성과 근분화도를 보였다.

연구팀의 연구결과는 각각 국제 학술지인 Biomaterials Research(논문명: Shape-memory collagen scaffold combined with hyaluronic acid for repairing intervertebral disc)와 npj Regenerative Medicine(논문명: 3D bioprinting using a new photo-crosslinking method for muscle tissue restoration)에 게재되었다.