대구경북과학기술원(DGIST)은 동물 실험을 하지 않고도 노화에 따른 인간 근육의 생물·기능적 저하 과정을 한 번에 살펴볼 수 있는 '생체모사 3차원 골격근 미세조직 모델'을 개발했다고 5일 밝혔다.

이는 DGIST 뉴바이올로지학과 김민석 교수팀과 포스텍(POSTECH) 기계공학과 조동우 교수팀이 공동으로 연구한 것이다.

공동 연구팀은 최근 미국 식품의약국(FDA)이 동물 실험을 거치지 않고도 의약품 허가를 신청할 수 있도록 제도를 개편함에 따라 향후 근감소증 치료제 개발 등에 유용하게 쓰일 것으로 전망했다.

연구팀에 따르면 뼈에 붙어 신체를 움직이게 하는 골격근은 대사 조절에 핵심적인 역할을 하며, 노화로 근육량과 기능이 줄어드는 '근감소증'은 골격근 기능 등을 저하해 노년기 삶의 질을 심각하게 위협한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 지금까지 이뤄진 연구에서는 주로 쥐가 사용됐으나, 동물 모델과 사람 간 생물학적 차이가 크고, 쥐 근육세포 배양도 평면(2차원) 접시에서 이뤄진 까닭에 노화에 따른 인간 근육 특성을 온전히 구현하는데 제한이 있었다.

이에 공동연구팀은 17세와 68세 남성 기증자 2명으로부터 각각 확보한 근육 세포들과 3D 프린팅 기술을 활용해 해결 방안을 찾아냈다.

확보한 인근 근육 세포들에 근육 조직 뼈대 역할을 하는 생체 물질(탈세포화 세포외기질)을 섞은 뒤 3D 프린팅으로 만든 미세한 틀 안에서 배양함으로써, 세포들이 실제 근육처럼 한 방향으로 가지런히 정렬된 3차원 인공 미세조직을 만들 수 있었다.

연구팀은 이런 방식으로 만든 3차원 근육 조직의 생물학적 특성을 비교·분석한 결과, 노년 기증자 세포로 만든 조직은 젊은 기증자 조직보다 근육 섬유가 가늘고 세포 간 융합이 덜 이뤄졌으며 염증 수치도 높게 나타난다는 사실을 확인했다.

또 노년 기증자 세포로 만든 조직의 미토콘드리아 기능 및 전기 자극에 따른 근력(수축력) 저하 등 노화에 따른 인간 근육의 기능적 저하도 3차원 조직에서 동시에 재현할 수 있었다.

김민석 DGIST 뉴바이올로지학과 교수는 "이번 연구는 3차원 실험 플랫폼에서 근육의 형태·분자적 변화부터 수축력 등을 한 번에 평가할 수 있게 되었다는 점에서 의미가 크다"며 "근육 노화의 원인을 밝히고 치료 후보물질 효능을 정확히 검증하는 유용한 연구 도구로 발전시키겠다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 기술·학술적 가치를 높게 평가받아 국제 학술지인 스몰 사이언스(Small Science)에 표지 논문으로 선정됐다.