버섯 구조 활용한 형상복원 근육 재생 스캐폴드 개발

주입 후 체내에서 원형 복원되는 근육 재생 이식재 제시

 

고려대학교 세종캠퍼스(부총장 양지운) 생명정보공학과 이형진 교수 연구팀은 버섯의 구조적·생화학적 특성을 활용한 새로운 근육 재생용 이식 스캐폴드를 개발했다. 연구팀은 해당 스캐폴드를 통해 체적 근손실(Volumetric Muscle Loss, VML)로 손상된 골격근의 구조와 기능 회복 가능성을 확인했다.

 

이번 연구는 고려대학교 세종캠퍼스 이형진 교수 연구팀(제1저자 박찬영 석박통합과정)을 중심으로, 성균관대학교 의과대학 김근형 교수 연구팀(제1저자 황보한준 석박통합과정), 한림대학교 의과대학 윤도건 박사 연구팀이 공동으로 수행했다.

 

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials에 “Shape-Recoverable Anisotropic Mushroom-Derived Scaffolds for Skeletal Muscle Regeneration”이라는 제목으로 12월 18일 온라인 게재됐다.

 

체적 근손실은 사고, 종양 절제, 중증 외상 등으로 발생하며, 기존 치료법으로는 손상된 골격근의 구조와 기능을 동시에 회복하기 어려운 한계가 있다. 특히 손상 부위는 섬유화와 염증 반응이 진행돼 정상적인 근육 재생이 제한되는 문제가 있다.

 

연구팀은 자연계에서 정교하게 정렬된 구조를 지닌 버섯 줄기에 주목했다. 이를 기반으로 주사기로 삽입한 뒤 체내에서 원래 형태로 빠르게 복원되는 ‘형상복원 근육 재생 스캐폴드’를 구현했다. 해당 스캐폴드는 버섯의 이방성 미세 채널 구조를 유지하면서도, 외부 압축이나 주입 과정 이후 구조적 안정성을 유지하는 특징을 보였다.

 

근육 재생을 위해서는 재생 세포가 근섬유와 동일한 방향으로 정렬·분화할 수 있는 환경이 중요하다. 연구팀은 버섯 유래 키틴과 베타글루칸 기반 성분을 활용해 생체적합성과 구조적 안정성을 확보했다. 여기에 근육 유래 탈세포화 세포외기질(dECM)을 결합해 근육 특이적 생체 신호를 부여했다.

 

쥐 체적 근손실(VML) 동물 모델 실험 결과, 개발된 스캐폴드는 성숙한 근섬유 재형성, 섬유화 감소, 보행 능력 및 근력 회복을 유도했다. 이는 기존 콜라겐 기반 이식재와 비교해 우수한 재생 효과를 보인 결과다.

 

또한 연구팀은 버섯 유래 성분이 산화 스트레스와 염증·섬유화 신호를 동시에 조절하는 기전을 확인했다. 해당 스캐폴드는 세포 내 활성산소(ROS) 축적을 억제하고, NF-κB 및 TGF-β/SMAD 신호 경로를 낮춰 근육 재생에 유리한 미세환경을 형성하는 것으로 나타났다.

 

이형진 교수는 “자연 소재인 버섯의 구조적 배열과 생화학적 특성을 공학적으로 재해석해, 주입만으로 근육의 구조와 기능 회복을 동시에 유도할 수 있는 재생 플랫폼을 제시했다”고 설명했다.

 

이번 연구는 고려대학교와 한국연구재단 지역대학우수과학자지원 사업(RS-2023-00249119)의 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 향후 대동물 실험과 임상 적용 가능성 검증을 통해 최소침습 근육 재생 치료 기술로의 발전을 추진할 예정이다.