국내 연구진이 나노입자와 줄기세포를 결합해 3차원 뼈조직 재생을 크게 개선하는 기술을 개발했다.
김기영 한국화학연구원 의약바이오연구본부 책임연구원, 하미진 선문대 교수 공동 연구진은 인체 지방유래 줄기세포와 다공성 실리카 나노입자를 결합해 '나노 바이오 하이브리드 세포'를 제작하고, 뼈 형성 능력을 높였다고 26일 밝혔다.
줄기세포를 활용한 3차원 세포 집합체는 장기나 조직을 모사하는 데 활용됐다. 하지만 내부에 영양·산소 공급이 부족해 세포가 죽거나, 균일하게 뼈로 분화되지 못하는 문제가 있었다. 이러한 한계 때문에 실제 뼈 재생 치료나 약물 평가에 적용하기 어려웠다.
연구진은 줄기세포 표면에 나노입자를 고르게 부착해 세포들이 서로 얽혀 안정적인 구형 구조를 형성하도록 유도했다. 나노입자는 줄기세포 사이에서 지지대와 뼈 형성 촉진제 역할을 한다. 나노입자가 지지체 역할뿐만 아니라 뼈 형성을 촉진하는 신호물질을 싣고 서서히 방출하며, 줄기세포가 원하는 방향으로 균일하게 분화되도록 유도하는 것이다. 마치 영양제 캡슐을 등에 짊어진 세포들이 스스로 뼈로 변신하는 것과 같다.
실험 결과, 나노입자-줄기세포 복합체는 기존 방식보다 세포 생존율이 높고, 뼈세포로 균일하게 분화했다. 특히 쥐 두개골 결손 모델에 이식했을 때, 6주 만에 결손 부위의 36%가 새 뼈로 채워졌다. 세포만으로 구성된 복합체 대비 재생률이 약 1.3배 높았다.
이번 연구는 동물실험 단계지만, 향후 대형 동물 모델과 임상연구를 거치면 환자 맞춤형 뼈 이식재 개발에 적용할 수 있을 전망이다.
김기영 책임연구원은 "뼈뿐 아니라 연골, 피부 등 다양한 조직재생에도 확장될 수 있다"고 설명했다. 이영국 화학연 원장은 "줄기세포 기반 조직재생 기술을 통해 고령화 사회에 증가하는 골절 환자 치료에 기여할 수 있길 바란다"고 밝혔다.
이번 연구 성과는 재료 분야 국제 학술지 '미 화학회 생체재료과학 및 공학(ACS Biomaterials Science & Engineering)'에 지난 8월 게재됐다.
참고 자료
ACS Biomaterials Science & Engineering(2025), DOI: https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.5c01131