고려대학교 김종승·박석인 교수팀은 골다공증 위험도를 조기에 진단하고 치료과정을 분자적으로 모니터링할 수 있는 혁신적인 이광자 형광 프로브를 개발해 뼈 질환 연구 및 치료에 새로운 패러다임을 제시했다.

골다공증은 골량 감소와 미세구조 변화에 따른 엉성한 뼈 조직을 특징으로 하며 작은 충격에도 쉽게 골절이 발생할 수 있는 질환이다.

우리나라 50세 이상의 골다공증 유병률이 22.4%로 노화에 의해 흔하게 발생할 수 있는 질환이지만 골절이 발생하기 전까지는 특별한 신체 증상이 없기 때문에 골다공증 위험도를 조기에 판별하여 골감소를 막는 것이 필요하다.

현재 골다공증 위험도를 진단하기 위해서 X-ray를 이용한 골밀도 검사 및 혈액 내 골지표 검사가 기본적으로 사용되고 있지만 골감소 현상의 직접적인 원인을 평가 할 수 없기 떄문에 골다공증 위험도를 정확하게 판별하고 치료과정을 모니터링하기에는 한계가 있다.

연구팀은 골감소 현상의 직접적인 원인 중 하나인 파골세포의 과활성 현상에 주목하였고 이를 활용하여 새로운 골감소 평가 방법을 제시했다. 

파골세포는 뼈를 구성하는 주요 세포 중 하나로, 뼈의 흡수 과정을 통해 뼈 조직의 형태와 강도를 유지하며 손상된 뼈를 수리하는 중요한 생리적 기능을 담당한다.

그러나 병적 상태에서 과도하게 활성화된 파골세포는 무분별한 뼈 파괴를 일으키며, 이는 골다공증, 류마티스, 관절염 등 여러 뼈 질환의 원인이 된다. 공동연구팀은 파골세포가 뼈 흡수 과정에서 분비하는 카텝신 K (Cathepsin K) 효소에 주목했고 이를 검출하는 이광자 형광프로브를 개발하여 파골세포의 활성을 실시간으로 관찰하는 것에 성공했다. 

연구팀이 새롭게 개발한 형광 프로브는 과도한 골용해 상태, 골다공증 및 골전이암 마우스모델에서 파골세포의 활성 정도를 실시간으로 추적했으며 대조군보다 골밀도 감소 위험도가 높음을 조기에 진단할 수 있었다.

또한 골감소 억제 약물 투여에 따른 파골세포 활성 감소를 실시간으로 관찰함으로써 골다공증 치료의 핵심적인 평가 도구로 활용될 수 있음을 보여주었다.

김종승·박석인교수는 "이번 연구를 통해 개발된 카텝신 K 검출 형광 프로브는 골다공증 위험도 조기진단과 치료 모니터링에 있어 중요한 진전을 이룰 것”이며, “또한 뼈 질환의 매커니즘 이해와 치료 전략 개발에도 새로운 돌파구를 제공할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 독일 화학회에서 발간하는 국제학술지 'Angewandte Chemie International Edition(IF:16.823)'에 게재됐다.