POSTECH 신소재공학과 이준민 교수 연구팀이 美 일리노이대학교 테라사키 연구소 연구팀과 공동연구를 통해 무릎 연골의 미세구조를 그대로 재현한 연골모방조직을 구현하는데 성공했다고 발표했다.

무릎 연골세포는 얇고 부드러운 세포 주위 매트릭스로 둘러싸여 있으며, 이는 다시 매우 단단한 세포 외 기질로 둘러싸인 미세구조를 갖고 있지만 이런 이중 구조의 연골모방조직은 개발된 적이 없다.

또한 손상된 연골은 혈액 공급의 제한과 관절 내의 연골 세포 수의 제한으로 스스로 치유하기가 어려워 환자의 연골을 손상된 관절로 이식하는 모자이크 성형술이나, 손상된 연골 아래 뼈에 작은 구멍을 만들어 손상된 관절로의 혈류를 증가하는 미세골절 방식 또는 환자 자신의 연골 세포 자가이식으로 치료를 한다.

하지만, 이러한 치료방법은 비용이 많이 들고 손상된 관절의 기능을 적절하게 복원하지 못한다는 한계를 갖고 있다. 

연골 복구를 위한 보다 나은 선택은 연골 세포를 포함하여 다양한 유형의 세포로 재생 및 분화할 수 있는 성체줄기세포를 사용하는 방법이며 환자의 성체줄기세포를 사용하면 효과적인 연골 재생을 위한 이식을 가능하게 할 수 있다.

연구팀은 이 기술을 통해 세포 주위 기질과 세포 외 기질의 단단함 정도의 차이를 미세하게 조절할 수 있으며, 이렇게 생긴 미세한 기계적 단단함의 차이에 의해 줄기세포를 이식 및 재생에 반드시 필요한 연골세포 혹은 불필요한 비대 연골세포로의 분화를 조절할 수 있었다고 밝혔다.

이준민 교수는 “이번 연구는 실제 무릎 연골 환경과 굉장히 유사한 미세구조를 생체재료의 공학적 설계를 통해 구현하였다는 점에서 의의가 있다”며 “이렇게 구현된 생체모방형 미세구조 내에서 줄기세포의 연골세포로의 분화를 정확하게 조절함으로써 앞으로 연골 이식이나 재생의 성공 가능성을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

4단계 BK21 사업, 기본연구지원사업의 지원을 받아 진행한 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 'Matter'에 게재됐다.