상처 치유·재생 관여하는 ‘섬유화’ 새 원리 밝혀냈다

한국표준과학연구원

섬유화 현상이 일어나는 생체조직 미세환경의 분석 결과. 주사전자현미경으로 관찰한 엘라스틴과 콜라겐의 미세구조(좌측)와 비선형 광학현미경으로 관찰한 엘라스틴과 콜라겐의 3차원분포(가운데), 그리고 세포 한 개와 세포외기질 간의 상호작용 /한국표준과학연구원 제공

국내 연구진이 생체조직의 미세환경을 제어해 상처 치유와 재생을 촉진할 새로운 방법을 알아냈다. 상처 치유 의약품 개발과 섬유화 질환, 암 연구에 중요한 단서가 될 것으로 보인다.

한국표준과학연구원(KRISS) 바이오이미징팀은 21일 피부 세포를 이용해 상처 치유와 재생에 관여하는 섬유화 현상의 원리를 규명했다고 밝혔다.

섬유화는 세포를 둘러싼 세포외기질에 콜라겐 등이 분비돼 생체조직이 딱딱하게 굳어지는 현상으로, 상처에 생기는 딱지가 대표적이다. 정상적인 수준에서는 상처의 치유와 재생에 중요한 역할을 하지만, 지나치면 간이나 폐·심장 등 장기가 굳어지거나 피부경화증과 같은 자가면역질환으로 이어진다.

섬유화는 섬유아세포(fibroblast)가 근섬유아세포(myofibroblast)로 분화하면서 나타나는 현상이다. 섬유화를 조절하려면 이들 세포가 분화가 발생하는 체내 환경을 이해할 필요가 있다. 섬유아세포는 세포에서 콜라겐 등의 조직 성분을 합성해 세포를 지지하는 골격을 만드는 세포다. 근섬유아세포는 섬유아세포와 평활근 세포 사이의 상태로 존재하는 세포인데 상처조직의 치유 과정에서 세포외기질(세포가 세포 밖으로 분비한 물질이 형성한 구조)을 생성해 손상된 조직을 재생하는 역할을 한다.

연구진은 광학현미경을 통해 피부 세포외기질의 엘라스틴 양이 20%일 때 섬유아세포의 분화가 가장 활발하다는 점을 확인했다. 엘라스틴은 단백질의 일종으로 콜라겐과 함께 결합조직의 주요 성분이며, 힘줄과 혈관의 재료가 된다. 엘라스틴의 정상치는 평소 10%인데, 이 수치가 올라가면 생체조직의 탄성이 높아진다. 섬유화 현상 조절에 주변 미세조직의 성분 변화가 중요하다는 점을 보여주는 결과다.

연구진은 또 생체조직의 역학적 탄성 조절에 관여하는 단백질도 밝혀내고 이 단백질을 조절하면 섬유아세포의 분화가 촉진된다는 사실을 실험을 통해 증명했다.

이전까지 연구에서는 섬유아세포의 분화를 촉진하기 위해 세포의 성장을 촉진하는 EGF(상피세포 성장인자) 같은 성장인자를 세포에 넣는 방식을 채택했다. 이 방식은 현재 상처패치나 재생크림에 주로 쓰이고 있다. 반면 이번 연구는 국소 부위에서 생체조직의 탄성을 역학적으로 변화시켜 섬유아세포의 분화를 조절하는 방식이다. 성장인자의 예상치 못한 연쇄작용을 방지할 수 있어 기존 방식보다 안전하다.

이번 연구는 생체조직 미세환경의 제어를 통한 상처 치유 보조의약품 개발과 간·폐·심장섬유화 관련 질병 치료법 연구에 적용될 것으로 기대를 모은다. 엘라스틴의 양은 암세포 증식에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있어 암의 성장 제어 연구에도 기여할 것으로 기대된다.

김세화 바이오이미징팀장은 “피부 세포가 아닌 장기 세포 등을 활용해 다양한 섬유화 기전으로의 확장 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘바이오머티리얼스 리서치(Biomaterials Research)’에도 지난 10월 온라인 게재됐다.

참고 자료

Biomaterials Research (2023), DOI : https://doi.org/10.1186/s40824-023-00439-x

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