그동안 교통사고 수술 등으로 손상된 근육을 재생할 때는, 세포를 고정할 ‘인공 뼈대(틀)’가 필수적으로 쓰였다. 이런 인공 뼈대 없이 세포 스스로 근육 조직을 만들게 하는 새로운 기술을 개발했다는 연구 결과가 나왔다.
미국 스탠퍼드대 심흉부외과 은간 황 교수팀은 근육이 크게 망가진 부위에 치유 세포를 대량 전달하고, 재생 효과를 높이기 위해 모양을 자유롭게 조절할 수 있는 ‘무틀(scaffold-free, 지지체 없는)’ 근육 조직 배양법을 개발했다고 밝혔다. 환자의 상처 모양에 딱 맞는 ‘맞춤형 근육 패치’를 만들 수 있을 것으로 기대된다.
이 연구 결과(Geometrically Tunable Scaffold-Free Muscle Biofabrications for Treatment of Volumetric Muscle Loss)는 최근 국제 학술지 《어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)》에 실렸다.
근육이 손상됐을 경우, 의료진은 세포가 흩어지지 않게 고정하기 위해 플라스틱 같은 인공 재료로 만든 틀을 함께 이식해야 했다. 이 인공 틀이 차지하는 부피 때문에 근육을 살릴 진짜 세포가 들어갈 자리가 부족한 문제가 발생했다. 이런 문제를 없애기 위해 이 연구팀은 외부 인공 재료를 과감히 빼고 순수하게 세포로만 꽉 찬 조직을 만들었다. 이는 세포가 스스로 결합 조직을 뿜어내며 구조를 만든다는 점에 착안한 결과다.
인공 틀 없이 배양된 근육은, 이식 전부터 세포끼리 신호를 주고받으며 실제 근육과 흡사한 단백질을 만들어냈다. 세포 용액을 상처에 주사하는 기존 방식보다 훨씬 더 튼튼하게 근육을 되살릴 수 있다.
특히 이번 기술은 ‘맞춤 제작’이 가능하다는 점에서 돋보인다. 붕어빵 틀에 반죽을 붓듯, 원하는 모양의 성형 틀을 이용해 ‘스탠퍼드’라는 글자 모양까지 근육 조직으로 구현해낼 수 있었다. 이들 작은 근육 조각을 레고 블록처럼 이어 붙이면 아무리 복잡하고 큰 상처라도 빈틈없이 메울 수 있다.
앞으로 로봇 수술이나 인공지능(AI) 기술과 결합하면, 환자의 상처를 스캔해 1:1로 대응하는 정밀 치료도 가능해질 전망이다. 이 기술은 근육 외에 심장 근육처럼 재생이 어려운 다른 장기 치료에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술이 실제 환자 치료에 쓰이는 실용화 단계까지는 5년 이상 걸릴 것으로 예상된다.
[자주 묻는 질문]
Q1. 인공 뼈대 없이 세포가 어떻게 형태를 유지하나요?
A1. 우리 몸의 세포는 스스로를 지탱하는 접착제 단백질인 '세포외 기질'을 직접 분비합니다. 이번 연구팀은 세포가 이 단백질을 내뿜어 스스로 구조를 만들 때까지 특수한 성형 틀 안에서 배양하는 방식을 사용했습니다. 그 덕분에 인공 재료가 없어도 실제 근육처럼 단단한 형태를 유지할 수 있습니다.
Q2. 이 기술이 실제 환자에게 적용되면 어떤 점이 가장 좋아지나요?
A2. 사고로 소실된 근육 부위는 모양이 제 각각이라 기존의 규격화된 방식으로는 빈틈이 생기기 쉬웠습니다. 하지만 이 기술을 이용하면 환자의 상처를 스캔해 레고 블록처럼 딱 맞는 맞춤형 패치를 제작할 수 있습니다. 결과적으로 근육 재생 효율이 높아지고 수술 후 신체 기능 회복도 훨씬 빨라질 것으로 기대됩니다.
Q3. 이 기술이 심장 근육 재생에도 쓰일 수 있다고 한 이유는 무엇인가요?
A3. 심장 근육은 끊임없이 움직여야 하므로 일반 근육보다 훨씬 정교하고 튼튼한 구조가 이에 필요합니다. 기존의 인공 틀 방식은 심장에 이물질을 남길 우려가 있었지만, 이번에 개발된 ‘무틀(scaffold-free)’ 방식은 순수하게 세포로만 구성돼 있어 거부반응이 적고 심장 조직과 자연스럽게 하나가 될 수 있습니다. 앞으로 심근경색 등으로 딱딱하게 굳은 심장 부위를 맞춤형 패치로 대체하는 치료도 가능해질 전망입니다.
