DGIST 김민석·포스텍 조동우 교수팀, 생체모사 3차원 골격근 미세조직 모델 개발
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사람 근육이 늙어가며 약해지는 과정을 실험실 속 3차원 인공 조직에서 그대로 재현하는 기술이 나왔다. 근육의 구조 변화는 물론 실제 수축하는 힘이 얼마나 떨어지는지까지 한 번에 측정할 수 있어, 동물실험을 대체하는 근감소증 치료제 검증 도구로 활용될 전망이다.
대구경북과학기술원(DGIST)는 뉴바이올로지학과 김민석 교수 연구팀이 포스텍 기계공학과 조동우 교수 연구팀과 공동으로 사람 골격근의 노화에 따른 변화와 수축 기능 저하를 동시에 재현·평가할 수 있는 '생체모사 3차원 골격근 미세조직 모델'을 개발했다고 5일 밝혔다.
뼈에 붙어 몸을 움직이게 하는 골격근은 대사 조절에도 핵심적인 역할을 한다. 노화로 근육량과 근기능이 줄어드는 '근감소증'은 활동성을 떨어뜨려 노년기 삶의 질을 크게 위협한다.
하지만 기존 연구 방식에는 한계가 뚜렷했다. 동물 모델은 사람과 생물학적 차이가 컸고, 평평한 접시에서 세포를 키우는 2차원 배양으로는 실제 사람 근육의 입체적인 움직임과 수축 기능을 구현하기 어려웠다.
연구팀은 17세와 68세 남성 기증자에게서 각각 얻은 사람 근육 세포를 활용했다. 근육 세포에 조직의 뼈대 역할을 하는 생체 물질인 탈세포화 세포외기질을 섞은 뒤, 3D 프린팅으로 만든 미세한 틀 안에서 배양했다. 그 결과 세포들이 실제 근육처럼 한 방향으로 가지런히 정렬된 3차원 인공 미세조직이 만들어졌다.
두 조직을 비교한 결과 차이는 분명했다. 68세 기증자의 세포로 만든 조직은 17세 기증자의 조직보다 근섬유가 가늘고 세포 간 융합이 덜 이뤄졌으며 염증 수치가 높았다.
기능 저하도 뚜렷했다. 에너지를 만드는 미토콘드리아의 기능이 떨어졌고, 근육 수축을 일으키는 칼슘 반응도 느렸다. 전기 자극을 가했을 때 발생하는 수축력 역시 크게 낮았다. 연구팀은 "사람 근육의 실제 노화 과정이 3차원 조직 위에서 고스란히 나타난 것"이라고 설명했다.
또 "이번 연구는 세포 모양이나 유전자 변화를 관찰하는 데 그치지 않고, 근육의 형태적·분자적 변화부터 수축력까지 하나의 실험 플랫폼에서 평가할 수 있게 했다는 데 의미가 있다"고 덧붙였다.
활용 가능성도 커지고 있다. 미국 식품의약국(FDA)이 'FDA 현대화법 2.0(FDA Modernization Act 2.0)'으로 동물실험을 거치지 않고도 의약품 허가를 신청할 수 있도록 제도를 바꾸면서, 사람의 생리적 특성을 정밀하게 반영하는 비임상 시험 모델에 대한 수요가 늘고 있어서다. 연구팀은 이번 모델이 근감소증 치료제 개발 등에 유용하게 쓰일 것으로 기대했다.
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김민석 교수는 "사람 유래 세포로 노화 관련 변화를 생생하게 구현하고, 세포 수준의 변화와 실제 수축 기능을 함께 평가할 수 있는 기반을 마련했다는 데 큰 의미가 있다"며 "동물실험을 대체할 사람 중심의 비임상 시험법에 대한 관심이 전 세계적으로 커지는 만큼 근육 노화의 원인을 밝히고 치료 후보물질의 효능을 정확히 검증하는 연구 도구로 발전시키겠다"고 말했다.
