부산대 연구팀, 나노 신소재 ‘맥신’ 근육 재생 효과 입증

부산대학교 연구진이 미래 소재 혁신을 가져올 꿈의 물질로 각광 받고 있는 맥신(MXene) 나노입자의 근육 재생 효과를 검증하는 데 성공했다.

부산대는 광메카트로닉스공학과 한동욱·홍석원 교수팀과 융합의과학과 김윤학 교수팀이 ‘체적 근육 손실(VML)’ 치료를 위한 맥신 이식재 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.

맥신 나노섬유 지지체를 활용한 체적 근육 손실 재생 모식도. 부산대 제공

맥신의 근 분화 촉진 기전을 밝힌 이번 연구는 ‘맥신을 포함한 정렬된 나노섬유 지지체를 활용한 체적 근육 손실 재생’이라는 논문 제목으로 1월 4일자 나노-마이크로 레터스에 게재됐다. 나노-마이크로 레터스는 나노 및 마이크로 스케일의 연구와 응용 분야에서 세계적으로 인정받는 국제학술지다.

‘체적 근육 손실(VML)’은 대규모 외상에 따른 골격근의 상당량(20% 이상) 손실을 의미하며, 근육 기능 상실과 같은 후유증이 있어 의학계에서 조직공학 기반의 VML 치료 연구가 활발히 진행 중이다.

이번 연구에 활용된 ‘맥신’은 이차원 나노입자로 구성된 물질로, 금속 카바이드나 탄화물의 표면을 부식시켜 제거 또는 변형(에칭)을 통해 얻어진다. 높은 전기전도성과 열전도성, 우수한 기계적 강도 등의 물성을 갖고 있어 2011년 처음 발견된 이후 다양한 산업 분야에 활용돼 왔다. 최근에는 맥신의 여러 생물학적 특성이 알려지면서 생물·의학 분야에서도 효능 연구가 이어지고 있다.

부산대 연구팀은 맥신 나노입자와 콜라겐을 생분해성 의료용 고분자에 혼합해 정렬된 나노섬유 지지체를 제작한 뒤, 동물실험을 통해 이 지지체가 손상된 근육 조직의 빠른 재생을 촉진한다는 것을 확인했다.

왼쪽부터 한동욱, 홍석원, 김학윤 교수.

마우스 모델을 이용한 동물실험 결과, 비처치 대조군과 비교해 230% 빠른 근육 재생과 122% 많은 근섬유 재생이 확인됐다. 또 조직학적 분석을 통해 나노섬유 지지체 이식 일주일 후 손상된 근육 대부분이 재생된 것으로 관찰됐다.

이 같은 결과는 맥신 나노입자에 의해 축적된 칼슘 이온이 근원세포의 생존·증식·근관 분화·근단백질 합성을 유도하는 신호전달 경로를 촉진시킨 결과라는 것이 밝혀졌다.

이번 연구는 맥신 나노입자가 근육 재생에 대한 유망한 치료법으로 활용될 수 있다는 가능성을 보였으며, 추가 실험 및 공정 최적화를 통해 실제 임상에서도 활용될 수 있는 조직공학 기반 의료기기로 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

한동욱 교수는 “근육 회복 과정에서 발현된 전체 유전자가 차세대 염기서열분석법(NGS)을 통해 분석됐다”며 “이번 연구는 맥신 나노입자가 근 분화를 촉진하는 분자생물학적 기전을 최초로 밝혔다는 데 의의가 있다”고 설명했다.

한편 이번 연구는 정부로부터 재원을 지원받아 수행된 한국산업기술평가원 바이오산업핵심기술개발사업과 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업 및 범부처전주기의료기기연구개발사업단 등으로부터 지원을 받아 진행됐다.

부산=오성택 기자 fivestar@segye.com