연골의 세포외기질 유래 다공성 지지체를 이용한 실험실적 연골 배양

Abstract

관절연골의 조직은 자가 재생 능력에 제한이 있으므로, 손상 후 적절한 치료를 하지 않으면 퇴행성 골관절염 등의 만성질병을 초래하게 된다. 현재 손상된 연골을 치료하기 위해 1차적으로 약물 처리법이 사용되고 있으며, 손상의 정도가 심할 경우에는 소파성형술(Abrasion) 및 미세골절술(Microfracture) 등을 이용한 골수자극술(Bone marrow stimulation), 연골조직을 이식하는 골연골이식술(Osteochondral graft) 또는 환자의 연골조직으로부터 분리한 연골세포를 체외에서 배양하여 이식하는 자가연골세포이식술(Autologous Chondrocytes Implantation, ACI) 등이 이루어지고 있다. 그러나 이와 같은 수술방법들은 손상된 연골을 치료하는데 있어서 한계점들을 가진다. 이를 극복하기 위해 조직공학적 방법을 응용한 치료법들이 연구/개발 되고 있다. 특히 연골조직의 기질과 유사한 환경을 제공할 수 있는 3차원 지지체를 개발하여 치료에 적용하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. 생체조직공학의 연구에 많이 사용되는 재료로는 다공조절이 가능하고 물성이 좋은 합성지지체와 생체적합한 천연지지체로 나눌 수 있으며, 본 연구에서는 합성지지체의 물리적 특성을 지니고 있는 천연지지체를 제작하여 연골조직형성에 미치는 영향을 확인하였다. 본 연구에서 제작한 천연지지체의 제조방법을 간단히 설명하면, 돼지연골의 분말을 탈세포하여 압력을 가한 후 염추출법을 이용하여 3차원 지지체를 제작하였다(PCSs: Porcine Cartilage derived Substance Scaffold). 직경 5 mm, 높이 2 mm의 지지체에 연골세포를 접종하여 실험실적 배양을 시행하였다. 어린 토끼의 연골조직으로부터 분리한 연골세포를 PCSs2(실험군)와 제 1형 교원질 지지체(대조군)에 접종하였으며, 조직학적 분석을 실시하였다. 그 결과 조직학적으로 뚜렷한 차이를 보이지 않았지만 제 1형 교원질 지지체 그룹에 비해 PCSs2 그룹에서 세포의 분포도와 소강의 모양 및 세포외기질의 분포도가 정상 연골과 더 비슷한 것을 확인하였다. 이와 같은 동물실험에 이어 사람 연골세포에서의 PCSs2의 유효성을 평가하기 위해, 다지증 영아의 손가락 및 발가락에서 분리한 연골세포를 이용하여 동일한 방법으로 실험을 진행하였다. 사람의 연골세포를 3차원적 지지체에 접종하였을 때 시간이 지남에 따라 모든 그룹에서 세포외기질의 분비량이 증가하였으며, 특히 PCSs2 그룹에서 가장 우수한 연골조직이 형성함을 확인하였다. PCSs2는 천연 생체소재의 복합성분으로서 세포에 대한 친화도가 높고 실제 연골환경과 유사하여 성숙된 연골 조직의 형성에 효과적일 것이라 판단되며, 임상에 적용 시 그 효용가치가 높은 새로운 지지체가 될 것으로 생각된다.