한국기초과학지원연구원(KBSI) 디지털오믹스연구부 김건화 박사, 금병락 박사(전 KBSI) 연구팀이 인제대학교 상계백병원 정형외과 장동균 교수, 김홍진 박사 연구팀과 공동연구를 통해 골다공증 대표 치료제인 비스포스포네이트 치료 반응에 따른 골-면역 세포의 이형성을 규명하여 골다공증 치료제의 성공률을 높일 수 있는 길이 열렸다고 밝혔다.

공동연구팀은 뼈의 형성과 흡수에 관여하는 골세포가 면역세포와 밀접한 관련이 있다는 점을 활용하여, 60세 이상 폐경기 여성을 대상으로 말초 혈액에 있는 면역세포들에 대한 분석을 통하여 연구를 수행했다.

다년간의 환자 추적 조사를 통해 실험에 필수적인 샘플을 확보한 연구팀은 60세 이상 폐경기 여성 중 골밀도가 정상인 그룹, 골다공증을 진단받아 비스포스포네이트를 처방받은 환자 그룹으로 분류했고 해당 환자 그룹에 대해 치료제가 성공한 경우와 실패한 경우로 구분했다.

이어 1개의 세포 단위에서도 RNA서열을 분석할 수 있는 단일세포 전사체 분석 플랫폼을 활용하여, 임상 샘플에 존재하는 이질적인 세포 타입, 세포 간의 신호 네트워크, 세포 특이적인 유전자 발현 등을 파악하는 기술을 접목했다.

그 결과, 골다공증 치료 실패 환자에게서 증가해 있는 자연살해세포(Natural killer cell)의 비율과 치료 실패 환자 특이적인 단백질 발현의 극명한 차이를 보이는 세포 간 신호 네트워크 등을 발견했다.

특히, 정상 그룹 대비 골다공증 환자 그룹에서 차이가 나는 유전자와 치료제성공 그룹 대비 치료제 실패 그룹에서 차이가 나는 유전자들은 각각 골다공증의 진단 정확도를 높일 수 있는 골다공증의 바이오마커로 활용될 수 있으며, 또한 그들이 다양한 연구에 응용됨으로써 신약과 보조제 표적이 될 수 있음을 제시했다.

장동균 교수는 “국내 최고 수준의 골다공증 환자 데이터베이스를 보유하고 있는 상계백병원에서 확보한 희귀 임상 샘플이 좋은 연구에 적용됨으로써, 후속 연구를 통해 환자들에게 더 나은 치료를 제공할 가능성을 마련한 데 의의가 있다”며 “이번 연구성과는 다른 골다공증 약제의 치료제 반응성에 관한 확장 연구를 수행하는 바탕으로 작용할 것”이라고 밝혔다.

김건화 박사는 “실제 임상 환경에서 관찰되는 미충족 수요인 치료제 실패 원인을 규명하기 위해, KBSI가 보유한 첨단 분석 플랫폼인 단일세포 표현형체 분석 시스템을 활용함으로써 아직 밝혀지지 않았던 면역세포 이형성을 세계 최초로 보고할 수 있었다”며 “기존 치료제의 한계를 파악하고 분석한 이번 연구는 장차 개선된 치료제와 보조제를 개발하거나, 환자 맞춤형 치료 가이드라인을 제시하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

KBSI 주요사업, 한국연구재단 중견연구사업의 지원을 받아 수행한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘PNAS’에 게재됐다.