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세포신호전달기전 (cell signal pathway) 연구가 덧붙여 연구되고 있는데... 세포신호전달 기전은 왜 중요한가요?

특정한 위치에서 기능을 수행하기 위해서는 유전자 발현에 의한 다양한 적합성이 수반되어야 합니다.  따라서, 유전자 발현은 가장 먼저 신호전달에 의해 작동하기 때문에 중간 및 최종산물 생산에 문제가 없다 할찌라도 첫번째 신호전달에 문제가 있다면 원활하게 기능하지 않을 수 있습니다. 아직도 신호(signal)에 의한 전사인자 조절 프로모터 영역은 밝혀야 할 부분이 많습니다. 
 

우리 몸을 구성하는 조직 및 장기들은 세포의 증식과 분화, 이동, 극성화, 조직화 과정 등을 통해 만들어집니다. 이때 세포 내, 세포 간, 세포와 세포외 기질 간에 정보를 주고 받으면서 세포를 얼마나 불려야 하고, 어디로 보내서, 어떻게 조직되어야 하는 지 아주 치밀하게 조율되어야지만 정상조직, 장기 들을 만들 수 있을 겁니다.  

수정란으로부터 개체가 만들어지기까지 다양한 발생신호 전달쳬계(Wnt, BMP, FGF, TGF, Notch, Hippo 등등)가 이를 관장하고 이들 신호전달 체계에 관여되어 있는 핵심 인자들이 서로 정보를 또 다시 주고 받으며, 네트워크를 형성하고 있습니다. 많은 연구자들이 이러한 신호체계를 체계적으로 이해하려는 노력들을 기울이고 있습니다. 

조직공학은 생체 발달과정을 모사하여 필요한 세포의 종류, 다양한 기질(스캐폴더로 작용할 수 있는 다양한 생체물질, 인공물질 등), 그리고 이들을 조율할 수 있는 필수 인자(신호전달물질)들을 최적으로 조정하면서 적절한 배양환경이 갖추어진다면, 필요한 조직 및 장기들을 정확히 재건할 수 있겠지요?

목적에 적합한 세포의 사용, 다양한 생체 적합성 기질 개발(재료공학, 3D프린팅 기술), 신호전달체계 규명, 배양방법개발(in vivo, ex vivo, in vitro 배양법) 등 조직공학의 발전을 위해 함께 고려되어야 할 연구분야는 참 많습니다. 궁극적으로, 이들을 정확히 활용할 수 있을 때, 배양하여 만든 자신의(동종 또는 자가) 조직이나 장기를 문제가 생긴 부분에 손쉽게 이식할 수 있게 되겠지요.      

KOSEN 전문가 분석자료에서 조직공학, 오가노이드, 미세유체시스템 등의 키워드로 검색해서 몇 편을 읽어보시면, 좀 더 거시적으로 조직공학을 이해하시는 데  도움이 되지 않을까 생각됩니다.
        

가까운 미래에....

3도 이상의 화상을 입어 뼈까지 손상을 받은 환자가 병원에 오게 됩니다 (피부는 겉에서 부터 각질, 표피, 진피, 기저세포로 이루어져 있는데 3도 화상은 진피 이상 손상 받은 경우를 말합니다). 

신속하게 조직공학으로 재건된 피부조직을 이식하지 않으면 곧 죽을지도 모를 심각한 환자입니다. 

의사는 환자상태에 따른 매뉴얼에 따라 피부 생검(biopsy)을 세포재건연구소로 보내고, 자신의 피부세포(각질세포, 섬유아세포)를 빠른 속도로 증식시켜 필요한 크기의 인공피부가 빠른 시간에 배양됩니다. 

그 전에 의사는 이미 스캐닝하여 3D 프린팅으로 만들어진 생체 적합스케폴더에 골모세포(골세포)와 골세포 증식과 분화에 최적화된 칵테일 용액을 함께 처치하여 조금 손상된 뼈의 재생을 진행시킵니다. 

그리고, 성장인자와 신호전달 물질 칵테일 용액에 잠긴 채, 자신의 피부로 만들어진 인공피부가 전달되면 3D 프린팅으로 제작된 생분해성 기질과 함께 이식되고, 이 환자는 빠른 속도로 자신의 피부를 회복할 수 있게 됩니다. 

제가 좀 소설의 형식을 좀 빌긴 했지만, 이 소설에서 많은 부분은 이미 실현되고 있습니다. 

빠른 속도로 세포를 배양하여 필요한 형태의 조직을 만드는 과정, 조직이 생체에 빠르게 적응되는 과정, 필요한 생체적합성 기질의 선택과 활용 등 이 모든 과정을 조율하는 핵심이 세포간, 세포 내, 세포와 기질(스케폴더) 간 신호전달체계라 생각하면 될까요?  

^^