회전근개 파열의 힘줄뼈부착부 복구를 위한 다층구조체 개발



의대 이상철 교수(재활의학)가 성균관대 의학과 정밀의학교실 김근형 교수, 김원진 박사, 대구가톨릭의대 재활의학과 권동락 교수, 고려대 생명정보공학과 이형진 교수와 공동연구를 통해 어깨 회전근개 파열의 힘줄뼈부착부(TBI) 재생을 위한 3D 바이오프린팅 기반 기능성 다층 구조체를 개발했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials, IF 18.0)’에 게재됐다.

회전근개 힘줄파열은 수술을 통해 치료하는데, 힘줄뼈부착부의 재생 실패로 성공률이 높지 않다.

힘줄뼈부착부가 자연히 회복되는 것은 불가능하다. 그래서 힘줄뼈부착부를 구성하는 4개의 층을 재건하기 위해 각각의 층에 적합한 구조체를 만들어 이를 연결하는 다층 구조체 개발 시도가 이뤄져 왔다. 하지만, 이전까지 다층 구조체는 주로 낮은 세포 부하 용량이나 고르지 않은 구조물 분포, 구조체의 불완전한 설계, 크고 균일한 기공(pore)의 부재 등으로 생체 내 응용이 제한됐다.

연구팀은 3D 바이오프린팅을 이용해 세포외 기질에서 유래한 뼈와 힘줄 조직의 특이적 바이오잉크를 사용해 수산화인회석과 TGF-β/poly를 보충해 힘줄-뼈 복합 조직을 제작하는 새로운 바이오프린팅 접근법을 적용했다. 바이오프린터에 부착된 코어-쉘 노즐 시스템을 이용해 본래의 힘줄뼈부착부 구조를 모방할 수 있었다.

그 결과, 시험관 내 평가에서 뼈와 힘줄 구조에서 인간 지방 줄기세포가 골형성과 힘줄 형성 계통으로 잘 분화되는 것을 확인할 수 있었다. 점진적 힘줄뼈부착부 구조에서 섬유 연골 형성이 촉진됐고, 시험관 내 비점진 구조에 비해 힘줄-뼈 조직의 통합이 향상됐다.

또한 토끼 회전근개 파열 모델에서도 생물학적으로 등급이 매겨진 구조물을 이식해 생체 내 고품질 힘줄뼈부착부 형성을 포함한 전층 힘줄-뼈 조직의 빠른 재생이 상당히 촉진되는 것을 확인했다. 이 생체 인쇄 접근 방식은 기계적 특성과 조직 통합을 개선할 뿐만 아니라 혈관 생성과 세포외 기질 형성을 향상시켜 힘줄뼈부착부 복합 조직의 재생을 위한 유망한 플랫폼으로서의 잠재력을 입증했다.

이상철 교수는 “3D 바이오프린팅 기법으로 제작된 HA/TGF-β3 및 지방유래줄기세포 함유 구조체가 힘줄뼈부착부 재생 가능성을 열어 만성 회전근개파열 복구의 성공률을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다”면서 “향후 수산화인회석 그라데이션이 모사된 HA/TGF-β3 및 지방유래줄기세포 함유 세포 구조체의 재질을 지속 발전시켜 비수술적 요법을 적용하는 시도를 계속할 것”이라고 말했다.


출처: 연세소식(2025.1.14.)