스웨덴 예테보리 대학 살그렌스카 아카데미의 스티나 시몬손 세포생물학 교수 연구팀은 환자의 무릎에서 채취한 연골세포를 원시 세포인 유도만능줄기세포(iPS)로 되돌린 다음 연골 구조물에 넣어 3D 바이오 프린터로 찍어낸 후 줄기세포를 연골세포로 분화시켜 완벽한 연골조직을 만들어 내는 데 성공했다고 사이언스 데일리 등이 29일 보도했다.

이렇게 만들어진 연골은 성분과 구조 등 모든 면에서 자연 연골과 차이가 없었다고 시몬손 교수는 밝혔다.

연구팀은 먼저 무릎 수술을 받은 환자로부터 연골세포를 채취, 특정 유전자를 삽입하는 방법으로 배아줄기세포와 유사한 만능 줄기세포로 역분화시켰다.

이어 이 줄기세포를 증식시켜 나노섬유화 셀룰로스(nanofibrillated cellulose) 캡슐에 넣은 다음 3D 바이오 프린터를 이용, 연골 구조물로 찍어냈다.

연구팀은 줄기세포 하나하나를 나노 셀룰로스 캡슐에 넣음으로써 3D 프린팅 과정에서 살아남게 할 수 있었다고 시몬손 박사는 밝혔다.

3D 프린팅 과정에서는 살메스 공대의 생물재료 3D 프린팅 전문가들의 도움을 받았다.

줄기세포를 연골세포로 분화시키는 데는 줄기세포들끼리 교신에 사용하는 신호를 지니고 있는 다른 세포들로부터 배지(培地)를 채취해 썼다. 배지란 세포 배양에 필요한 영양소가 들어있는 액체나 고체를 말한다.

말하자면 줄기세포들로 하여금 그들이 혼자가 아니라고 생각하도록 트릭을 써서 분화를 유도한 것이라고 시몬손 박사는 설명했다.

연구팀은 이렇게 제작된 연골조직을 정형외과 전문의들에게 보여주었다. 그 결과 자연 연골과 차이가 없다는 평가를 받았다.

이 연골조직은 자연 연골에 들어있는 제2형 콜라겐을 지니고 있었고 현미경 관찰에서는 자연 연골과 구조가 정확히 일치하는 것으로 밝혀졌다.

이렇게 만들어진 인공 연골은 관절 연골이 닳아 발생하는 퇴행성 관절염 치료에 쓰일 수 있을 전망이다.

다만 3D 프린팅 과정에서 사용된 셀루로스가 인체에는 최적이 아닐 수도 있어 분해-흡수되고 순수한 연골만 남게 할 수 있는 다른 물질을 물색할 필요가 있다고 시몬손 박사는 덧붙였다.

이 연구결과는 영국의 과학전문지 ‘사이언티픽 리포트’(Scientific Reports) 최신호에 발표됐다.