국내 연구진이 혁신적인 의료서비스 제공을 위한 플랫폼 개발에 착수했다.

16일 의료계에 따르면 국내 연구진이 뼈 재생 플랫폼, 장 상피세포 배양 플랫폼 등을 개발하는 성과를 거뒀다.

먼저 국내 연구진이 시공간적 약물 제어로 안정적 뼈 재생을 도모하는 플랫폼을 개발했다.

연세대학교 치과대학 치주과학교실 차재국 교수는 연세대 화공생명공학과 홍진기 교수와 함께 항생물질과 성장물질을 동시에 넣은 인공 뼈를 뼈의 결손 부위에 삽입한 뒤 각 물질이 순차적으로 방출하도록 유도해 뼈의 재생을 도울 수 있다고 발표했다.

치주질환과 같은 만성염증이나 골다공증 등 뼈 질환을 앓는 환자는 골절을 겪으면 뼈의 재생 속도가 더뎌 회복이 어렵다. 이런 경우 인공 뼈를 이식하기도 한다. 최근엔 인공 뼈 안에 항생물질과 성장물질을 넣어 자연적인 뼈 재생을 촉진한다.

이때 두 물질의 방출 순서가 뼈 재생 환경의 안정성과 속도에 영향을 미친다. 이식 초기에는 항생물질이 방출돼 수술 부위의 감염을 방지하고 이후에는 성장물질이 나와 뼈 재생을 본격적으로 촉진해야 한다. 하지만 두 물질의 방출 순서를 미세하고 정확하게 조절할 방법은 연구된 바 없었다.

연구팀은 인공 단백질 젤라틴을 인공 뼈에 심는 방식을 고안했다. 인공 뼈의 바깥 부분에는 항생물질을, 내부에는 성장물질을 함유한 젤라틴을 각각 붙였다.

이식 초기에는 바깥 부분에 있는 항생물질이 자연스레 먼저 뼈 조직에 모두 녹아들고, 그 뒤로 내부에 있던 성장물질이 나오게 되는 원리다.

이러한 방식을 광범위한 골 결손(이빨 등)이 있는 성견(成犬)에게 적용했을 때, 이식한 인공 뼈가 체내 생착하고 새로운 뼈를 재생해내는 정도가 기존 대비 2배 이상 향상됐다.

차재국 교수는 "뼈 재생을 안전하게 촉진하기 위해 꼭 필요한 항생물질과 성장물질이 순차적으로 방출되는 기술의 효과를 확인했다"며 "이번 연구 결과는 뼈 결손부가 큰 암 환자나 뼈 재생 능력이 적은 골다공증, 당뇨 환자에게 도움이 될 것"이라고 말했다.

이어 국내 연구진이 숙주-장내 미생물 상호작용 평가를 위한 세포 표면 공학 기술 기반 장 상피세포 배양 플랫폼을 개발했다.

순천향대학교 의생명연구원 황용성·이윤경 교수팀은 서울대 화학생물공학부 황석연 교수와 함께 장 상피세포와 섬유아세포 표면의 이황화 결합을 환원시켜 음전하를 띤 콘드로이틴 황산염을 세포 표면에 접합시키고 두 세포 사이에 양전하를 띤 키토산 나노 필름을 활용해 장 상피세포와 섬유아세포 간의 정전기적 결합을 유도했다고 발표했다.

장 상피세포(IECs, Intestinal epithelial cells)는 숙주와 장내 미생물의 공생 관계를 조절하여 장벽기능, 점액 생산 및 비정상적인 염증을 조절하는 중요한 역할을 수행한다.

그러나 체외 환경에서 장 상피세포의 장기적인 생존과 기능을 지원하기 위한 효과적인 배양 방법을 수립하는 것은 여전히 도전적인 과제로 남아 많은 연구자가 이러한 어려움을 극복하기 위한 연구에 집중하고 있다.

연구팀은 장 상피세포와 섬유아세포 표면의 이황화 결합을 환원시켜 음전하를 띤 콘드로이틴 황산염을 세포 표면에 접합시키고 두 세포 사이에 양전하를 띤 키토산 나노 필름을 활용해 장 상피세포와 섬유아세포 간의 정전기적 결합을 유도했다.

이번 연구결과는 장내 미생물에 의한 장 건강과 다양한 질병 양상 조절과, 장내 질병을 치료할 수 있는 새롭고 혁신적인 접근법을 도출해 주목 받고 있다.

특히 공배양 플랫폼은 세포 간 간극 접합을 통한 저분자의 이동을 용이하게 해 대장 및 소장 상피세포가 약 5일 간 생존할 수 있게 하며 리포 다당류 처리에 대한 반응성 또한 유지가 되는 것을 증명해 눈길을 끈다.

황용성 교수는 "이러한 세포 배양 플랫폼은 장 상피세포가 장내 미생물과 어떻게 상호작용하는지를 이해하는데 중요한 기초를 제공할 수 있다"며 "이번 연구결과를 활용해 다양한 장내 질병 양상 조절에 대한 혁신적인 전략을 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.