순천향대학교(총장 송병국) 의과대학 병리학교실 황용성 교수 연구팀은 순천향대 석·박사통합과정 김주연 연구자를 비롯해 순천향대 천안병원 박재홍 교수, 한양대 이주헌 교수, 건국대 이만열 교수 등과 공동으로 세포 표면 티올(–SH, 황(S)을 포함한 화합물) 엔지니어링을 통해 기질 경도 변화에 따른 근육세포 분화를 정밀하게 조절하는 새로운 기전을 규명했다고 14일 밝혔다.

근소모증은 노화, 만성질환, 염증 등 다양한 원인으로 인해 골격근의 양과 기능이 30~50%까지 감소하는 질환이다. 세계보건기구(WHO)는 2016년 근소모증을 독립 질환으로 공식 분류(ICD-10 코드 등록)했다. 전 세계 50세 이상 인구의 약 10%가 이 질환을 겪는 것으로 보고됐다. 줄기세포 기반 세포치료제가 유망한 대안으로 주목받고 있으나 실제 치료 효과를 높이기 위해서는 세포의 생착률을 높이고 근육세포로의 효율적인 분화를 유도하는 것이 핵심 과제로 꼽힌다.

기질의 강성도는 세포의 기계적 환경을 결정하는 중요한 요소로 줄기세포의 근육세포 분화에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 세포 치료 효과를 높이기 위해 기질 강성도를 정밀하게 조절하는 전략이 필요한 상황이다.

황 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 세포 표면의 화학적 조절과 물리적 환경을 동시에 고려한 새로운 접근법을 제시했다. 이번 연구에서는 다양한 강도의 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 활용하고 세포 표면 환원제인 트리스(2-카르복시에틸)포스핀(TCEP)을 처리해 근육모세포의 부착력, 세포골격 구조 재편성, 분화 과정에 미치는 영향을 체계적으로 분석했다.

특히 근육 조직과 유사한 기질 강도(19.66 kPa) 환경에서는 세포가 기질에 가하는 힘(traction force)과 세포 내부 또는 세포 간에서 발생하는 인장력(intracellular tension)이 모두 증가하면서 근육세포의 융합과 성숙이 효과적으로 유도되는 것이 확인됐다.

이 과정에서 근육세포 내 골격 단백질인 알파-엑티닌(α-actinin)의 사코메릭 패턴(sarcomeric pattern)이 뚜렷하게 형성됐다. 이는 근육 기능 회복에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 또한 FAK-PI3K-AKT 축(axis)의 신호 전달이 증가하면서 세포의 부착과 분화 과정에서 핵심적인 역할을 하는 것으로 나타났다.

이번 연구는 세포의 생착률과 분화 효율을 높이기 위해 화학적·물리적 조절 인자가 상호작용할 수 있다는 가능성을 실험적으로 입증한 결과로, 근소모증과 같은 근육 퇴행성 질환의 세포치료제 개발에 실질적인 기여를 할 수 있음을 보여준다.

해당 연구 결과는 최근 ‘세포 표면 티올 엔지니어링을 통한 FAK-PI3K-AKT 축 신호 조절에 의한 근원성 분화 기전 규명(Cell Surface Thiol Engineering Mechanoregulates Myogenic Differentiation via the FAK-PI3K-AKT Axis)’이라는 제목으로 국제학술지 Advanced Healthcare Materials(Impact Factor: 9.6, Biomedical Engineering 분야 상위 8.8%, 2025 JCR 기준) 2025년 8월호에 게재됐으며 생물학연구정보센터(BRIC)의 한국을 빛내는 사람들(한빛사)에 선정되는 등 우수한 연구 성과를 인정받았다.

교신저자인 황용성 교수는 “이번 연구를 통해 세포 표면의 화학적 조절과 기질의 물리적 환경이 결합된 새로운 접근법이 근육모세포의 분화 기전에 대한 중요한 단서를 제공했다”며 “이번 성과를 바탕으로 근소모증 등 근육 퇴행성 질환 치료를 위한 줄기세포 기반 세포치료제 개발에 새로운 전환점이 마련될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 본 연구는 지역혁신선도연구센터, 해외우수과학자유치사업, 바이오의료기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.