상처 치유와 재생의 비밀, '섬유화 현상' 기전 규명으로 풀다 [세상을 깨우는 발견]

표준연, 생체조직 미세환경 제어로 상처 치유·재생 촉진 입증

[유창재 기자]

▲ 김세화 KRISS 바이오이미징팀장이 비선형 광학현미경으로 관찰한 생체조직을 설명하고 있다 ⓒ 한국표준과학연구원 제공

 
생체 조직의 미세환경을 제어해 상처 치유와 재생을 촉진할 새로운 원리를 국내 연구진이 밝혀냈다. 이는 상처 치유 의약품 개발과 섬유화 질환 및 암 연구에 중요한 단서가 될 전망이다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 21일 "KRISS 바이오이미징팀이 피부 세포를 이용한 연구에서 상처 치유와 재생에 관여하는 섬유화 현상의 기전을 규명했다"면서 "상처를 둘러싼 생체조직의 미세환경을 역학적으로 정밀 제어해 국소 부위에서 섬유화를 조절할 수 있는 방법을 제시했다"고 밝혔다.

KRISS에 따르면, 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 피부경화증과 같은 자가면역질환으로 이어질 수 있다고 한다. 

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

▲ 섬유화 현상이 일어나는 생체조직 미세환경의 분석 결과 좌: 주사전자현미경으로 관찰한 엘라스틴과 콜라겐의 미세구조 / 중간: 비선형 광학현미경으로 관찰한 엘라스틴과 콜라겐의 3차원분포 / 우: 세포 한 개와 세포외기질 간의 상호작용(엘라스틴과 콜라겐) ⓒ 한국표준과학연구원 제공

  

▲ 미세환경 제어를 통한 상처 치유 기전 규명 결과 순수 콜라겐(100C)나 엘라스틴의 함량이 높은 상태(1C4E)에 비하여, 엘라스틴의 양이 정교하게 조절된 상태(4C1E)에서 섬유아세포의 분화가 촉진되었다. ⓒ 한국표준과학연구원 제공

이에 KRISS 연구진은 '광학현미경'을 통한 관찰에서 피부 세포외기질의 엘라스틴 양이 20%일 때 섬유아세포의 분화가 가장 활발함을 확인했다. 

연구진은 "엘라스틴의 정상치는 10%로, 이 수치가 높아지면 생체조직의 탄성이 높아진다"면서 "섬유화 현상 조절에 주변 미세조직의 성분 변화가 중요하다는 점을 입증한 성과"라고 설명했다. 

이에 더해 연구진은 '단백질 정밀 분석'을 통해 생체조직의 역학적 탄성 조절에 관여하는 단백질을 밝혀내고, 이 단백질을 조절해 섬유아세포의 분화를 촉진할 수 있음을 실험을 통해 증명해 냈다. 

기존의 섬유화 조절 연구는 섬유아세포의 분화를 촉진하기 위해 세포에 EGF 등의 성장인자를 넣는 화학적 방식을 채택했으며, 상처패치, 재생크림 등에 주로 쓰이고 있다. 

반면, 연구팀의 이번 성과는 국소 부위에서 생체조직의 탄성을 역학적으로 변화시켜 섬유아세포의 분화를 조절하는 방식이며, 성장인자가 세포 내에서 일으킬 수 있는 예상 밖의 연쇄작용을 방지할 수 있어 기존 방식보다 안전하다고 한다.
 

▲ KRISS 연구진이 비선형 광학이미징을 진행하고 있다. ⓒ 한국표준과학연구원 제공

 
특히 KRISS는 "이번 성과는 KRISS가 보유한 비선형 광학이미징 기술과 단백질 정밀분석 기술의 결합으로 탄생시켰다"면서 "생체조직 미세환경의 제어를 통한 상처 치유 보조의약품 개발과 간섬유화, 폐섬유화, 심장섬유화 등 관련 질병의 치료법 연구에 적용될 수 있다"고 강조했다. 덧붙여 "엘라스틴의 양은 암세포 증식에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있어, 암의 성장 제어 연구에도 기여할 것"이라고 기대했다. 

연구팀에 따르면, 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.

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 말했다. 

한편, 이번 연구는 KRISS 기본사업과 과학기술정보통신부 나노 및 소재 기술개발사업, 국가과학기술연구회 박사후연구원 지원사업으로 수행했다. 연구 성과는 국제학술지 <바이오머티리얼스 리서치(Biomaterials Research, IF: 15.86)>에 지난 10월 온라인 게재됐다. 
 

▲ KRISS 바이오이미징팀 사진 앞줄 좌측부터 시계방향으로 손진경 선임연구원, 이윤서 박사후연구원, 이선영 박사후연구원, 김세화 팀장 ⓒ 한국표준과학연구원 제공