– 성장인자 고정화 바이오인터페이스 기반… 차세대 연골재생·조직공학 기술 가능성 제시

순천향대학교(총장 송병국)는 순천향의생명연구원(SIMS) 황용성 교수 연구팀이 성장인자 고정화 플랫폼을 활용해 연골분화에 필수적으로 여겨지던 성장인자 TGF-β1 없이도 인간 중간엽줄기세포의 안정적인 연골분화와 연골조직 형성을 유도하는 데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구는 순천향대 박사후연구원 정지훈 박사, 순천향대 천안병원 박재홍 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 김상헌 박사 연구팀과의 공동연구로 수행됐다.

연골은 한 번 손상되면 스스로 회복되기 어려운 조직으로, 기존 줄기세포 기반 치료법 역시 완전한 연골 재생에는 한계가 있었다. 특히 연골분화를 유도하기 위해 TGF-β1과 같은 성장인자를 추가해야 했지만, 장기간 사용 시 섬유연골 형성이나 비정상적인 비대화를 유도발해 기능적으로 불안정한 연골을 만들 수 있다는 문제가 제기돼 왔다.

이에 연구팀은 우리 몸에서 성장인자가 세포 주변 미세환경에 결합해 작용하는 방식을 모사한 ‘성장인자 고정화 플랫폼’을 개발했다. 해당 플랫폼은 성장인자가 세포배양접시 표면에 고정화돼 세포 수용체와 직접 상호작용하며 국소적이고 지속적인 신호를 전달하는 방식이다.

연구 결과, 이 플랫폼에서 배양된 줄기세포는 외부 성장인자 없이도 연골분화 관련 유전자가 빠르게 활성화됐으며, 제2형 콜라겐 등 연골 형성에 중요한 요소가 유의미하게 증가했다. 반면 기존 성장인자 처리 방식에서는 연골기질 형성과 함께 섬유연골화 및 비대화 경향이 동시에 나타났다.

또한 연구팀은 해당 플랫폼으로 형성한 연골세포를 히알루론산 하이드로겔에 담아 마우스에 이식한 결과, 체내에서도 연골 유사 조직이 형성되는 것을 확인했다. 특히 기존 방식보다 섬유연골화와 비대화가 낮아 보다 안정적인 연골조직 유지 가능성을 보였다.

이번 연구는 성장인자를 추가하는 기존 방식에서 벗어나, 세포가 접촉하는 표면 환경을 조절하는 것만으로 줄기세포의 운명을 제어할 수 있음을 제시한 사례다. 향후 연골 손상 치료, 조직공학, 세포치료제 개발 등 차세대 연골재생 기술로의 확장 가능성이 기대된다.

연구 성과는 국제학술지 Biomaterials Research 2026년 4월호에 ‘Fibroblast Growth Factor 2-immobilized biointerfaces drive exogenous transforming growth factor beta 1-independent chondrogenesis of human mesenchymal stem cell and ectopic cartilage tissue formation’이라는 제목으로 게재됐다. 해당 학술지는 2024 JCR 기준 Impact Factor 9.6, Biomedical Engineering 분야 상위 8.5%에 해당한다. 이번 논문은 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들’에도 선정됐다.

교신저자인 황용성 교수는 “이번 연구는 성장인자를 단순히 첨가하는 대신, 세포가 실제로 접촉하는 표면에 고정화해 세포가 신호를 받아들이는 방식 자체를 바꾼 접근법”이라며 “보다 안전하고 재현성 높은 연골 재생 기술로 발전해 향후 연골 손상 치료와 조직공학, 세포치료제 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 본 연구는 국가전략기술소재개발사업과 글로컬 R&D 지원사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

<본 과제에서 제시하는 핵심 연구결과의 모식도>