탈모 치료에 새로운 가능성을 제시할 수 있는 모낭 재생 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존 조직공학 기술로 구현하기 어려웠던 모낭의 복잡한 구조와 세포 간 상호작용을 ‘자가치유 하이드로젤’을 이용해 재현한 기술이다. 동물실험에서 실제 새로운 모낭이 만들어지는 것도 확인됐다.
중앙대학교병원(병원장 이재성) 성형외과 강신혁 교수, 연세대학교 화공생명공학과 고원건 교수, 중앙대병원 피부과 김범준 교수 연구팀은 기존 치료법으로 한계가 분명했던 모낭 재생을 위한 자가치유 하이드로젤 기반의 모듈형 인공 피부 제작 기술을 개발했다.
모낭은 털을 만들고 성장시키는 피부 속 조직이다. 모낭이 정상적으로 형성되려면 상피와 진피세포가 일정한 공간에서 정교하게 상호작용 해야한다. 하지만 기존의 조직 공학 기술로는 복잡한 3차원 구조와 세포 간 상호작용을 동시에 구현하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 자가치유(self-healing) 하이드로젤을 활용한 모듈형 조직 공학 전략을 제시했다. 하이드로젤은 물리적 손상이나 절단이 발생하더라도 소재 자체의 특성을 이용해 다시 결합할 수 있는 물질이다.
연구팀이 개발한 하이드로젤은 모낭 형성에 적합한 약 32kPa의 기계적 강도를 갖도록 설계됐다. 이를 바탕으로 다세포 모낭 모방 조직을 효과적으로 상향식으로 조립할 수 있는 환경을 제공한다.
먼저 진피유두-각질형성세포로 구성된 스페로이드가 포함된 하이드로젤 모듈과 진피 섬유아세포가 포함된 하이드로젤 모듈을 각각 독립적으로 제작했다. 이 두 모듈을 수직으로 배치한 후 자가치유 특성에 의해 자연스럽게 융합되면서 표피와 진피를 모사한 이중층 구조가 형성되는 것을 확인했다.
이렇게 조직된 구조물은 세포 간 상호작용(EMI)을 촉진하고 모낭 형성 신호를 강화됐다. 연구팀은 이를 통해 체외에서 실제 모낭과 유사한 형태적 변화가 나타나는 것을 확인했다. 특히 임상에서 사용되는 탈모 치료제에 대해서도 실제 조직과 유사한 약리학적 반응까지 정확하게 재현해 냈다.
동물실험에서는 더욱 의미 있는 결과가 나왔다. 연구팀이 제작한 이중층 구조물을 동물의 피부에 이식한 결과 상처 치유가 빨라졌을 뿐 아니라 새로운 모낭이 형성되는 ‘신생 모낭 재생(de novo hair follicle regeneration)’도 성공적으로 유도됐다. 이 과정에서 이식된 인간 세포가 실제 모낭 재생에 직접적으로 기여한다는 사실도 입증했다.
연구팀은 “이번 연구는 확장 가능성이 높고 임상 적용이 가능한 모낭 재생 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며, “향후 개인 맞춤형 모낭 재생 치료뿐 아니라 새로운 탈모 치료 후보 물질을 대규모로 평가할 수 있는 약리 스크리닝 플랫폼으로도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이어 “궁극적으로 탈모로 고통받는 환자들에게 효과적인 새로운 치료 방법으로 발전해 나가기를 바란다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)' 9월 14일 자에 게재됐다.
