피브린 활용한 혈관화 근육 조직 제작 플랫폼 ‘SPARC’ 개발

 

 

□ 국내 연구진이 환자 본인의 혈액을 활용해 근육과 혈관을 동시에 재생할 수 있는 인공 조직 제작 기술을 개발했다. 하나의 구조체 안에서 근육 재생과 혈관 형성을 동시에 유도하는 이 기술은 대용적 근육 손상 치료의 새로운 대안이 될 것으로 기대된다.

□ 한국연구재단(이사장 홍원화)은 울산과학기술원(UNIST) 강주헌 교수 연구팀과 연세대학교 의과대학 진윤희 교수 연구팀이 미세유체 기반 전단응력을 활용한 혈관화 근육 조직 제작 플랫폼 ‘SPARC(스파크)’를 개발했다고 밝혔다.

□ 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 신진연구 및 기초연구실 지원사업으로 수행됐으며, 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 4월 22일 온라인 게재됐다.

□ 대용적 근육 손상은 외상이나 암 절제 등으로 인해 근육이 넓게 소실되는 질환이다. 이 경우 근육과 혈관이 동시에 파괴되어 자연 회복이 거의 불가능하며, 기존의 이식체는 근육의 정렬이나 혈관 형성 중 한쪽 기능에만 치중해 두 조직을 동시에 재생하는데 한계가 있었다.

□ 연구팀은 혈액 응고 과정에서 생기는 단백질인 ‘피브린’*에 주목했다. 피브린은 환자의 혈액에서 직접 얻을 수 있어 면역 거부 반응이 적은 맞춤형 소재다. 연구팀은 미세유체 채널 내부의 마이크로 기둥 구조를 통해 흐름의 세기, 즉 ‘전단응력’**을 조절하는 ‘SPARC’ 플랫폼을 구축했다.

* 피브린(Fibrin): 인체 내에서 만들어지는 단백질 기반 생체 재료로, 자가혈액에서 유래할 수 있어 환자 맞춤형 조직 제작 소재로 활용가능하다.

** 전단응력(Shear stress): 유체가 흐를 때 물체의 표면에 평행하게 작용하는 힘. 본 연구에서는 이 힘을 이용해 피브린의 구조를 변형시킴.

○ 플랫폼 내부에서 전단응력이 높은 곳은 피브린 다발이 조밀하게 정렬되어 근육세포 분화에 적합한 단단한 환경이 만들어졌고, 전단응력이 낮은 곳은 유연한 구조가 형성되어 혈관세포가 네트워크를 만들기 유리한 환경이 조성됐다. 결과적으로 하나의 구조체 안에서 근육과 혈관이 공간적으로 구분되어 동시에 성장하는 결과를 얻었다.

○ 실제 생쥐의 근육 손상 모델에 적용한 결과, 제작된 구조체는 숙주의 혈관과 성공적으로 연결되어 혈관 재형성을 돕고 근섬유 재생과 운동 기능 회복을 촉진했다.

○ 이번 성과는 자가혈액 유래 피브린을 이용해 근육 재생과 혈관 형성을 함께 지원하는 구조체를 구현했다는 점에서 기존 근육 조직공학 기술과 차별화된다. 여러 소재를 결합하지 않고, 피브린이 전단응력에 의해 정렬되는 특성을 활용해 단일 구조체 안에 서로 다른 미세환경을 형성했다.

□ 강주헌 교수는 “이번 기술은 피브린이 물리적 자극에 의해 정렬되는 특성을 활용해 단일 소재로 복합 미세환경을 구현했다는 점에서 차별화된다”며, “향후 외상성 근육 손상 및 암 절제 후 조직 결손 등 다양한 난치성 질환 치료에 확장 적용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.