음파가 뼈를 재성장할 수 있다? 혁신적인 줄기세포 성장 방법

핵심 연구 과제

RMIT 대학 연구원들은 암이나 퇴행성 질환으로 손실된 뼈를 다시 자라게 할 수 있는 조직 공학 개발에서 고주파 음파를 사용하여 줄기세포를 뼈세포로 전환했다.

뼈 재성장의 핵심 과제는 줄기세포가 표적 부위에 이식되고 번성할 때 많은 양의 뼈세포가 필요하다는 것이다. 성체 줄기 세포를 뼈세포로 바꾸는 실험 과정은 뼈세포의 대량 생산에 어려움을 겪었고 임상 적용에서 문제가 많았다. 또한 뼈를 재생시키려는 소수의 임상 시험에서는 환자의 골수에서 추출한 줄기 세포를 주로 사용했다.

연구를 계속한 결과 고주파 음파를 처리한 줄기세포가 빠르고 효율적으로 뼈세포로 변한다는 사실을 밝혀냈다. 중요한 것은 환자가 큰 고통을 느끼는 골수에서 추출한 줄기 세포가 아니라 지방 줄기 세포와 같은 여러 유형의 세포에 효과적이었다.

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연구 성과

Royal Melbourne Institute of Technology(RMIT)의 공동 수석 연구원이자 부총장 연구 펠로우인 Dr Amy Gelmi는 "음파는 일반적으로 줄기 세포가 뼈세포로 변하기 시작하는데 필요한 치료 시간을 며칠 정도 단축한다"라고 말했다. 또한 "이 방법은 특별한 '골유도' 약물이 필요하지 않으며 줄기세포에 적용하기 매우 쉬워졌다. 이 발견은 새로운 접근법이 조직 공학을 위해 줄기 세포를 임플란트에 코팅하거나 신체에 직접 주입하기 전에 줄기 세포를 치료하는 데 사용할 수 있는 강력한 잠재력을 가지고 있다."라고 말했다.

고주파 음파 처리 후 성체줄기세포가 골세포로 변하는 과정 출처: RMIT

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어떤 고주파 음파를 사용했는가?

줄기세포 치료에 사용되는 고주파 음파는 RMIT에서 개발한 저가형 마이크로칩 소자에서 사용했다.

공동 수석 연구원인 Leslie Yeo 교수와 그 팀은 10 MHz 이상의 주파수에서 음파와 다양한 재료의 상호 작용을 연구하는 데 10년 이상 보냈다. 그들이 개발한 음파 발생 장치는 세포나 체액, 물질을 정밀하게 조작하는 데 사용할 수 있다.

Yeo 교수는 "음파를 사용하여 줄기 세포가 적절한 위치에 적절한 양의 압력을 가하여 변화 과정을 촉발할 수 있고, 장치는 저렴하고 사용이 간편하여 많은 수의 세포를 동시에 치료하기 위해 쉽게 크기를 확장할 수 있어 조직 공학에 필수적이다"라고 말했다.

고주파 음파 발생 마이크로칩 출처: RMIT

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실용화 가능성은?

음파를 사용하여 뼈세포를 성장시키는 것은 증명이 됐다. 이 연구 다음 단계는 효율적인 줄기 세포 분화를 유도하는 실용적인 생물 반응기의 개발을 위해 노력하면서 플랫폼을 확장하는 방법을 조사하고 있다.