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치의학대학원 박윤정 교수 공동연구팀 "콜라겐과 성장인자로 손상된 치아 주변 조직 재생 가능성 확인"
- 비글견 치주 결손 모델에서 신생 백악질 형성과 치주인대 섬유의 배열·삽입 확인 - 전신염증 상황에서도 일관된 골형성능을 유지할 수 있는 BMP9의 BMP2와 차별화되는 분자·세포 작용 분석 [연구필요성] 치주 질환으로 손상된 조직을 회복하려면 치조골뿐 아니라 치아 뿌리 표면을 덮는 백악질과 치아를 뼈에 연결하는 치주인대가 함께 재생되어야 한다. 특히 치주인대 섬유가 백악질과 치조골에 삽입되는 구조는 치아를 지지하고 씹는 힘을 전달하는 데 중요하다. 이러한 조직들이 원래 상태로 조직을 재생시켜 기능을 회복하게 하는 것은 매우 중요하며, 따라서 골형성 단백질을 포함한 다양한 생리활성 인자를 적용하고 있다. 그러나 이미 치주염, 당뇨, 관절염 등의 만성 염증성 질환을 앓고 있는 경우 생리활성인자의 역할은 기대만큼 높지 않은 경우도 있어 이를 극복할 새로운 신호전달인자 및 생체재료의 개발이 시급한 상황이다. 앞서 기술한대로 골형성단백질 BMP2는 골 재생을 촉진하는 대표적인 성장인자이지만, 염증과 신호 억제인자가 존재하는 환경에서 재생 활성을 일관되게 확보하는 것은 여전히 중요한 과제다. 관절염, 당뇨병, 치주염 등 만성 염증을 동반하는 질환에서는 이러한 문제를 고려해야 한다. 따라서 염증성 미세환경이 골형성 신호에 미치는 영향을 이해하고, 기존 BMP2의 한계를 보완할 생리활성 물질과 그 조절기전을 규명할 필요가 있다. 아울러 성장인자의 국소 전달과 줄기세포·면역세포의 반응을 함께 고려하는 치주조직 재생 전략이 요구된다. [연구성과/기대효과] 연구팀은 성장인자 BMP9을 열탈수 가교(dehydrothermal crosslinking, DHT) 기반의 제1형 콜라겐 스펀지에 탑재한 치주조직 재생 전달 시스템을 개발했다. 분자동역학 시뮬레이션과 세포실험을 통해 BMP9의 상대적인 Noggin 저항성을 설명할 구조적 근거를 제시하고, 염증성 사이토카인과 Noggin을 함께 처리한 단기 조건에서도 BMP9의 초기 Smad1/5/9 신호전달이 상대적으로 유지됨을 확인했다. BMP9은 치주인대줄기세포의 골형성 및 백악질모세포 분화를 촉진했으며, 뚜렷한 파골세포 활성화는 나타나지 않았다. 산화·염증 스트레스 조건에서는 치주인대줄기세포와 대식세포의 과도한 세포사멸을 완화했다. DHT 콜라겐 스펀지는 비교한 화학적 가교 스펀지보다 높은 흡수성과 BMP9 탑재 효율을 보였다. 이를 비글견 치주 결손 모델에 적용한 결과, 신생 치조골과 백악질의 형성과 함께 새로운 백악질에 치주인대 섬유가 배열·삽입되는 통합적인 조직 재생을 확인했다. 전사체 분석에서는 BMP9 처리에 따른 세포외기질 재구성과 골·백악질 형성 관련 유전자 발현의 시간별 변화를 확인했다. 이번 연구는 기존 BMP2의 한계를 보완할 후보인 BMP9의 신호 유지와 세포 생존 조절 특성을 분자·세포 수준에서 제시하고, 동물실험에서 치주조직 재생 가능성을 확인한 성과다. 이는 염증성 미세환경을 고려한 치조골·백악질·치주인대 재생을 위한 생리활성 소재로 BMP9의 활용 근거를 마련했다는 점에서 의의가 있다. [본문] □ BMP9과 콜라겐 전달체를 결합한 치주조직 재생 전략 제시 서울대학교 치의학대학원(구강생화학교실, 치학연구소) 박윤정 교수 연구팀은 서울대학교 치과병원, ㈜나이벡, 팜캐드, 충북대학교 등과의 공동연구를 통해 성장인자 BMP9을 콜라겐 스펀지에 탑재한 치주조직 재생 전달 시스템을 개발했다. 이번 연구에는 공동 교신저자인 정종평 서울대 치의학대학원 명예교수와 충북대 박윤신 교수가 함께했으며, 나이벡 중앙연구소 이주연 소장은 연구 전반에 걸쳐 학술적 조언과 지도를 통해 연구의 완성도를 높이는데 기여했다. 본 연구팀은 비글견 치주 결손 모델에서 백악질·치주인대·치조골이 연결되는 조직학적 재생을 확인하고, 관련 분자·세포 반응을 분석했다. 연구 결과는 국제학술지 『Biomaterials』에 2026년 8월 31일 온라인 게재됐다. □ 만성 염증 환경에서의 재생 한계와 치주조직의 연결에 주목 치주조직은 치아 주변의 뼈인 치조골, 치아 뿌리 표면을 덮는 백악질, 그리고 이들을 연결하는 치주인대로 이루어진다. 치주인대의 콜라겐 섬유가 백악질과 치조골에 삽입된 부분을 샤피섬유(Sharpey’s fibers)라고 하며, 이러한 연결 구조는 치아를 지지하고 씹는 힘을 전달하는 데 중요한 역할을 한다. 따라서 치주조직 재생에서는 골 형성뿐 아니라 백악질과 치주인대가 형성되고 연결되는지 평가해야 한다. BMP2는 골 재생을 촉진하지만, 염증성 미세환경과 Noggin 같은 신호 억제인자의 영향을 고려하면 재생 활성을 일관되게 확보하기 위한 기전 연구와 대체 소재 탐색이 필요하다. 관절염, 당뇨병, 치주염 등 만성 염증을 동반하는 질환은 이러한 연구 필요성을 보여주는 배경이다. 연구팀은 BMP9이 기존 BMP2의 한계를 보완할 수 있는지 살펴보기 위해 신호 억제에 대한 저항성, 치주인대줄기세포의 분화, 대식세포의 생존 반응을 비교하고, 이를 콜라겐 기반 국소 전달 시스템과 연결했다. □ 신호 억제 환경에서도 BMP9의 수용체 결합과 신호전달 유지 Noggin은 BMP에 결합해 수용체와의 상호작용을 방해하는 신호 억제 단백질이다. 연구팀은 팜캐드 우상욱 대표 연구팀과 분자동역학 시뮬레이션 공동연구를 통해 BMP9과 Noggin의 상호작용이 BMP2의 경우보다 불안정한 구조적 특성을 보임을 확인하고, BMP9이 Noggin의 억제에 상대적으로 저항성을 나타낼 수 있는 분자적 근거를 제시했다. 세포실험에서도 Noggin 존재 조건에서 BMP2의 수용체 결합과 하위 신호전달은 억제된 반면, BMP9은 BMPR2 수용체와의 결합 및 Smad1/5/9 신호전달을 상대적으로 유지했다. 염증성 사이토카인과 Noggin을 함께 처리한 단기 실험에서도 BMP9의 초기 신호전달이 유지되는 결과를 확인했다. □ 줄기세포 분화와 스트레스 환경에서의 세포 생존 반응 확인 BMP9은 치주인대줄기세포의 골형성 및 백악질모세포 분화를 촉진하고, 백악질 형성과 관련된 표지자의 발현을 높였다. 또한 치아 조직의 기질 단백질인 DSPP 또는 CEMP1과 함께 처리했을 때 분화와 석회화 반응이 더욱 증가했다. 파골세포 관련 분석에서는 BMP2 처리군에서 뚜렷한 활성화가 나타난 반면, BMP9 처리군에서는 이에 상응하는 증가가 관찰되지 않았다. 산화·염증 스트레스 조건에서 BMP9은 치주인대줄기세포와 대식세포의 과도한 세포사멸을 줄였다. 이는 BMP9이 조직 형성을 촉진하는 작용과 함께, 재생에 참여하는 세포의 생존을 돕는 미세환경 조절에 관여할 가능성을 보여준다. □ 콜라겐 스펀지로 BMP9을 전달해 동물모델에서 통합 재생 확인 연구팀은 BMP9을 결손부에 전달하기 위해 열탈수 가교(DHT) 방식과 화학적 가교 방식으로 제조한 제1형 콜라겐 스펀지를 비교했다. DHT 콜라겐 스펀지는 비교한 화학적 가교 스펀지보다 큰 기공과 높은 흡수성, 우수한 BMP9 탑재 효율을 보여 전달체로 선정됐다. 단백질 결합 분석에서는 BMP9이 제1형 콜라겐에 높은 결합 친화성을 나타냈으며, 방출 실험을 통해 스펀지에서의 BMP9 방출 양상을 확인했다. 연구팀은 서울대학교 치과병원 설양조·김성태·조영단 교수 연구팀과 함께 BMP9을 탑재한 DHT 콜라겐 스펀지를 비글견 치주 결손 모델에 적용한 결과, 신생 치조골과 백악질이 형성되고 새로운 백악질에 치주인대 섬유가 배열·삽입되는 소견을 확인했다. 특히 BMP9 처리군에서는 결손부 전반의 백악질 형성과 치주인대 섬유의 조직화가 뚜렷하게 관찰됐다. 이는 성장인자와 생체재료의 결합을 통해 서로 다른 치주조직이 연결되는 재생을 유도할 수 있음을 보여준다. □ 전사체 분석으로 재생 관련 유전자 변화 확인 연구팀은 충북대학교 박윤신 교수와 함께 전사체 분석을 통해 BMP9 처리 후 시간에 따라 달라지는 치주인대줄기세포의 유전자 발현을 분석했다. 그 결과 세포외기질 재구성, 골형성 및 백악질 형성과 관련된 유전자와 신호경로의 변화가 확인됐다. 이는 BMP9에 의한 재생 반응을 분자 수준에서 이해하고 후속 연구의 후보 조절인자를 탐색하는 근거가 됐다. 재생 조직에서는 치주인대줄기세포 및 대식세포 관련 표지자와 연관된 세포사멸소체 유사 구조도 관찰됐다. 연구팀은 향후 다양한 세포가 함께 존재하는 조직 환경에서 BMP9의 작용을 분석하고, 세포의 분화와 면역 반응, 세포사멸 조절이 치주조직 재생으로 이어지는 과정을 구체적으로 규명할 계획이다. □ 이번 연구는 교육부 재원으로 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다. [연구결과] BMP9-loaded collagen scaffold promotes periodontal regeneration via microenvironmental modulation of PDLSCs and macrophages Dong Woo Lee, Hee-seung Han, Yu-Bin Kim, Sanghui Seok, Gookjin Yoon, Hyunjae Kim, Jin Wook Yang, Suhyun Park, Yang Jo Seol, Sungtae Kim, Sangwook Wu, Young-Dan Cho, Jue-Yeon Lee, Yoon Shin Park, Yoon Jeong Park, Chong Pyung Chung (Biomaterials, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124591) 연구팀은 BMP9을 DHT 콜라겐 스펀지에 탑재한 국소 전달 시스템을 개발하고, 비글견 치주 결손 모델에서 백악질·치주인대·치조골의 통합적인 재생을 확인했다. BMP9은 실험 조건에서 Noggin에 대한 상대적인 저항성을 보였으며, 치주인대줄기세포의 골형성 및 백악질모세포 분화를 촉진했다. 또한 BMP2와 같은 수준의 뚜렷한 파골세포 활성화를 나타내지 않으면서, 스트레스 조건에서 치주인대줄기세포와 대식세포의 과도한 세포사멸을 완화했다. 전사체 분석에서는 재생 관련 유전자 발현의 시간별 변화를 확인했다. 이번 연구는 기존 BMP2의 한계를 보완할 후보인 BMP9의 신호 유지와 세포 생존 조절 특성을 분자·세포 수준에서 제시하고, 동물실험에서 치주조직 재생 가능성을 확인한 전임상 성과다. 이는 염증성 미세환경을 고려한 치조골·백악질·치주인대 재생을 위한 생리활성 소재로서 BMP9의 활용 근거를 마련했다는 점에서 의의가 있다. [용어설명] ○BMP9(Bone morphogenetic protein 9): 골형성단백질 계열의 성장인자. 이번 연구에서는 치주인대줄기세포의 분화와 주변 세포의 생존 반응을 조절하고 치주조직 재생을 촉진하는 가능성을 확인했다. ○치주조직: 치아를 둘러싸고 지지하는 조직. 치은, 치주인대, 백악질, 치조골을 포함한다. ○백악질: 치아 뿌리 표면을 덮는 단단한 조직으로, 치주인대 섬유가 부착되는 기반이 된다. ○치주인대 및 샤피섬유: 치주인대는 치아 뿌리와 치조골 사이를 연결하는 섬유성 조직이다. 치주인대의 콜라겐 섬유가 백악질과 치조골에 삽입된 부분을 샤피섬유라고 한다. ○치주인대줄기세포(PDLSCs, periodontal ligament stem cells): 치주인대에 존재하며 골형성 및 백악질 형성과 관련된 세포 등으로 분화할 수 있는 줄기세포. ○Noggin: BMP에 결합해 수용체 결합과 하위 신호전달을 억제하는 단백질. ○열탈수 가교(DHT, dehydrothermal): 열과 탈수 과정을 이용해 콜라겐 분자 사이의 결합을 유도하고 소재의 구조를 안정화하는 처리 방식. ○세포사멸소체(ApoBD, apoptotic body): 세포가 사멸하는 과정에서 형성되는 막으로 둘러싸인 세포 조각. ○전사체 분석: 세포에서 발현되는 RNA를 폭넓게 분석해 유전자 발현의 변화와 관련 생물학적 반응을 살펴보는 방법. [그림설명] 그림 1. BMP9의 분자구조 특성과 염증·신호 억제 조건에서의 초기 신호전달 유지 (A) 구조 예측 및 분자동역학 시뮬레이션을 이용한 BMP2와 BMP9의 Noggin·수용체 복합체 비교. BMP9의 상대적인 Noggin 저항성을 설명하는 구조적 근거를 제시했다. (B) 염증성 사이토카인과 Noggin 처리 조건에서 치주인대줄기세포의 BMP 및 염증 관련 신호전달을 분석한 웨스턴블롯 결과. (C) 웨스턴블롯 정량 분석. 염증성 사이토카인과 Noggin을 함께 처리한 조건에서 BMP2에 의한 Smad1/5/9 인산화는 억제된 반면, BMP9에 의한 인산화는 상대적으로 유지됐다. 그림 2. 콜라겐 전달체를 이용한 BMP9의 치주조직 재생과 관련 유전자 발현 변화 (A) 화학적 가교(EDC) 및 열탈수 가교(DHT) 방식으로 제조한 콜라겐 스펀지의 외형과 주사전자현미경 이미지. (B) 비글견 치주 결손 모델의 조직학적·면역형광 분석 결과. BMP9을 탑재한 DHT 콜라겐 스펀지 처리군에서 신생 치조골과 백악질 형성 및 치주인대 섬유의 재생을 관찰했다. (C) 전사체 분석을 바탕으로 BMP9 처리 후 분화 기간에 따른 대표적인 재생 관련 유전자 발현 변화 요약했다. JE: 접합상피, NAB: 신생 치조골, D: 상아질, PDLF: 치주인대 섬유아세포. 면역형광 이미지의 별표는 샤피섬유, 원은 백악질모세포, 삼각형은 치주인대 섬유, 사각형은 치주인대 섬유아세포를 나타낸다. 콜라겐과 성장인자로 손상된 치아 주변 조직 재생 가능성 확인 - 연구성과 - 연구 - 서울대학교

치의학멀티오믹스센터 연구팀 다학제 공동연구 성과 달성
" 치의학멀티오믹스센터 연구팀 다학제 공동연구 성과 달성" [연구필요성] 치의학멀티오믹스센터(센터장: 김진만 교수)는 2024년 설립 후 다양한 시퀀싱 및 프로테오믹스 기술을 활용하여 구강악안면 분야의 기초 및 중개연구를 진행하는데 최적의 인프라를 확립해 왔다. 현대 치의학 분야의 발전을 위해 다양한 의생명분야와의 융합연구 필요성이 강조되고 있는 추세이며 멀티오믹스 파이프라인을 보다 다양한 분야에 활용할 기회가 많아지고 있다. 이러한 배경을 바탕으로 연구진은 최근 다양한 의생명, 화학 분야와의 적극적인 융합연구를 통해 성공적인 연구 성과를 도출하였다. [연구성과/기대효과] 치의학멀티오믹스센터 연구진은 근육 조직 특이적 E3 리가제(KLHL41) 리간드를 발굴하여 기존 PROTAC 기술의 한계를 극복한 표적 단백질 분해 플랫폼을 구축하고(박한검교수, Nature Communications, IF 18.1), AI 비전 로봇과 면역반응성 바이오잉크를 결합하여 난치성 상처 부위에 직접 인쇄하는 맞춤형 바이오프린팅 치료 기술을 최초로 구현했으며(김우진 교수, Advanced Functional Materials, IF 19.9), 단일세포 전사체 분석을 통해 대식세포와 치수줄기세포 간 상호작용에 의한 치아 재생 및 혈관신생 메커니즘을 최초로 밝혀냈다(김진만 교수, Experimental & Molecular Medicine, IF 17.5). 이러한 성과들은 기초 면역·분자생물학, 단일세포 및 공간전사체 분석, AI·로보틱스, 그리고 임상 치의학을 융합한 정밀 재생 의학 기술의 새로운 패러다임을 제시하고 있다. [본문] 치의학멀티오믹스센터(https://dri.snu.ac.kr/about/research-center/Dental-Multiomics-Center, 센터장: 김진만) 는 최근 최첨단 오믹스 기법과 다학제 간 융합 연구 역량을 바탕으로 난치성 질환 치료 및 재생 의학 분야에서 세계적 수준의 연구 성과를 창출하고 있다. ❒ 근육 조직 특이적 표적 단백질 분해 기술 개발 (박한검 교수) ❍ 기존 PROTAC은 전신에 분포하는 CRBN·VHL 등의 E3 리가제를 주로 이용하므로, 표적 단백질이 정상적으로 기능하는 조직에서도 분해가 일어날 가능성이 있다. 서울대·강원대 공동 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 근육 조직에 특이적으로 발현되는 E3 ligase KLHL41을 새로운 표적 단백질 분해 플랫폼으로 선정하였다. 연구팀은 분자 동역학 기반 가상 스크리닝과 결합 검증을 통해 KLHL41에 선택적으로 결합하는 신규 리간드를 발굴하였다. 이어 이 리간드를 활용한 PROTAC을 제작하고 세포 및 동물 모델에 적용하여, 효율적이면서도 근육 조직 선택적인 표적 단백질 분해가 가능함을 입증하였다. 과학기술통신부, 교육부, 국립보건연구원, 서울대학교 연구처 및 유한양행 지원으로 수행된 이 연구결과는 국제학술지 Nature Communications (IF 18.1)에 게재되었다. ❒ AI 로봇이 상처 위에 직접 인쇄하는 '맞춤형 재생 치료' (김우진 교수) ❍ 노인성 손상은 상처에 지속적인 염증과 산소 부족, 면역 이상이 복합적으로 얽혀 잘 낫지 않는 대표적 난치성 질환으로, 특히 상처 부위 면역세포(대식세포)가 염증 상태(M1)에 머문 채 재생 상태(M2)로 전환되지 못하는 것이 치유를 가로막는다. 서울대학교 치의학대학원 김우진 교수 연구팀(공동 제1저자 김기태 연구교수)은 하버드의대와 국제 공동연구를 통해, 스스로 산소를 방출하며 면역을 조절하는 '면역반응성 바이오잉크'를 AI 비전 로봇(INSIGHT)이 상처 모양 그대로 현장에서 직접 인쇄하는 치료 기술을 개발했다. 이 바이오잉크는 산소를 서서히 공급하고 줄기세포로 재생 신호를 더해 상처의 면역 환경을 염증에서 재생 상태로 되돌리며, 동물모델에서 상처 봉합과 조직 재생을 뚜렷하게 앞당겼다. 특히 최신 공간전사체 분석으로 이러한 면역 전환이 조직이 회복되는 부위를 따라 실제로 일어남을 규명했다. 과기정통부·한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 성과는 생체재료공학 분야 상위 국제학술지 Advanced Functional Materials (IF 19.9)에 게재됐다. ❒ 치아 재생에 필수적인 혈관생성을 유도하는 대식세포-치수줄기세포 상호작용 기전 규명 (김진만 교수) ❍ 치수–상아질 복합체는 치아 방어 및 재생의 핵심 단위이나, 미세환경 내 세포 간 상호작용 기전은 명확지 않았다. 서울대·연세대 공동 연구팀은 우식 심화 시 대식세포와 치수줄기세포의 접촉이 늘어남을 확인하고, 단일세포 전사체 분석을 통해 치수줄기세포의 피브로넥틴과 대식세포의 인테그린 결합이 혈관신생을 촉진함을 최초로 규명하였다. 성견 모델 실험에서도 피브로넥틴 투여 시 치근단·상아모세포층 재생 및 혈관신생 효과를 성공적으로 입증하였다. 이번 연구는 세포~동물 수준에서 면역–기질 세포 간 교차신호 기전을 규명하여 재생 근관치료의 임상 근거를 제시했으며, 국제학술지 Experimental & Molecular Medicine (IF=17.5)에 게재 승인되었다. (Fibronectin-guided immune-stromal cell crosstalk promotes angiogenesis in pulp-dentin complex regeneration, 공동 1저자: 정솔, 박소영 박사후 연구원) [연구결과] 박한검 교수 연구팀은 KLHL41 리간드를 이용한 PROTAC이 근육 세포에서 표적 단백질을 효과적으로 제거하며, 동물 모델에서도 근육 조직 선택적인 단백질 분해를 유도한다는 것을 확인하였다. 이는 기존 CRBN·VHL 기반 PROTAC에서 우려되는 비표적 조직의 단백질 분해를 줄일 수 있는 새로운 전략을 제시한 것이다. 이번 연구를 통해 KLHL41이 근육 특이적 표적 단백질 분해를 위한 E3 리가제로 활용될 수 있음을 입증했으며, 향후 근육 질환 관련 단백질을 겨냥한 치료제 개발로 확장될 것으로 기대된다. 김우진 교수 연구팀은 스스로 산소를 방출하며 면역을 조절하는 면역반응성 바이오잉크를 AI 비전 기반 로봇 프린팅(INSIGHT)으로 당뇨병성 만성 상처 전임상 동물모델에 적용한 결과, 상처 봉합이 촉진되고 육아조직 형성과 재상피화, 혈관신생이 유도됨을 확인하였다. 나아가 공간전사체 분석을 통해 대식세포가 염증성(M1)에서 재생성(M2) 상태로 전환되는 면역 재프로그래밍이 조직 재생 부위를 따라 공간적으로 정렬되어 일어남을 입증하였다. 이러한 성과는 당뇨병성 상처 치료를 넘어 만성 염증·허혈성 조직 재생 등 재생 의학 분야 전반으로 확장할 수 있는 가능성을 제시하며, 향후 환자 맞춤형 정밀 면역조절 재생 치료제 개발에 있어 혁신적인 새로운 전략으로 활용될 것으로 기대된다. 김진만 교수 연구팀은 피브로넥틴을 치수재혈관화 전임상 동물모델에 적용한 결과, 치수 내 혈관신생이 촉진되고 상아모세포층(odontoblast layer)이 재생됨을 확인하였다. 나아가 치수줄기세포의 피브로넥틴과 대식세포의 인테그린 간 상호작용이 혈관신생인자를 촉진 하는 것을 입증하였다. 이러한 성과는 치아 재생 치료를 넘어 재생 의학 분야 전반으로 확장할 수 있는 가능성을 제시하며, 향후 치수-상아질 복합체 재생 치료제 개발에 있어 혁신적인 새로운 전략으로 활용될 것으로 기대된다.

박윤정 교수, 서울대학교 치의학대학원, (주)나이벡, 국립보건원 백신연구센터 공동연구팀 연구성과
"림프표적성 펩타이드 기반 차세대 mRNA 약물전달 플랫폼 제시" [연구필요성] mRNA를 포함한 유전자를 활용한 백신 및 치료제는 질병 유발 단백질을 체내에서 직접 만들어 면역활성을 자극, 항체를 생산하여 질병 단백질을 중화, 제거할 수 있어 감염병 백신, 항암백신, 면역치료제 등으로 활용 범위가 확대되고 있다. 그러나 mRNA는 체내에서 쉽게 분해되고 세포막을 스스로 통과하기 어려워, 이를 보호하면서 원하는 조직과 세포 안으로 운반하는 전달체가 필수적이다. 현재 지질나노입자(LNP)는 가장 널리 활용되는 mRNA 전달체이지만, 세포 유형에 대한 선택성이 낮고 근육주사 뒤에도 간 등 비표적 조직에서 mRNA 발현이 나타날 수 있다. 또한 마우스에서 LNP가 전달한 mRNA의 단백질 발현은 비교적 빠르게 감소해, 지속적인 항원 노출과 세포성 면역 형성에 제약이 될 수 있다. 치료제 효능을 높이려면 mRNA가 수지상세포와 B세포 등 항원제시세포(APC)에 도달하고, 이들 세포가 모이는 림프절에서 충분한 기간 발현되어야 한다. 따라서 간 등 비표적 장기 노출은 줄이면서 APC 관련 세포로 선택적으로 전달되고, mRNA 발현을 오래 유지할 수 있는 림프 표적지향성 전달체 개발이 필요하다. [연구성과/기대효과] 연구팀은 면역세포/림프 표적전달체 개발을 위해 항원제시세포(APC)를 표적하는 세포투과 펩타이드(A-CPP), 유전자약물와의 결합 펩타이드(RBP), 전하 조절 물질(PGA)들로 이루어진 모듈형 펩타이드 나노복합체(Peptide Nanocomplex)를 개발했다. 이러한 펩타이드 나노복합체는 플랫폼으로서의 역할을 할 수 있어, Peptide based Targeted Delivery (PEPTARDEL)이라는 명칭으로 플랫폼으로 정의해 다양한 표적전달체로 상용화 연구역시 진행하고 있다. 특히 표적선택성과 관련, AI 기반 단백질 구조 예측과 분자 도킹 분석을 통해 신규 면역세포 표적 펩타이드가 면역세포의 세포 표면 CCR7 수용체와 특이적으로 결합할 가능성을 확인하고, 이를 활용한 림프절 표적 전달 전략을 제시했다. 펩타이드 나노복합체는 동물실험에서 근육과 배액 림프절에 국소적으로 분포하고 7일까지 mRNA 발현을 유지했으며, SARS-CoV-2 백신 모델에서 LNP 수준의 중화항체와 더 높은 CD8+ T세포 반응, 감염 모델에서 100% 생존을 보였다. 반복 고용량 투여에서도 유의한 독성이 관찰되지 않아 안전성도 확인됐다. 이번 연구를 통해 펩타이드 기반 전달 플랫폼인 PEPTARDEL 기술이 적용되어 기존 LNP를 보완할 수 있는 타겟팅 및 지속성이 향상된 새로운 약물전달시스템(DDS)이 될 가능성을 확인했으며, 감염병 백신뿐 아니라 항암백신과 mRNA를 포함한 siRNA, ASO 치료제로 확장 가능한 플랫폼이 될 것으로 기대된다. [본문] ○ 서울대학교 치의학대학원(구강생화학교실) 박윤정 교수 연구팀은 (주)나이벡, 질병관리청 국립보건원 백신연구센터와 공동으로, 림프절과 항원제시세포(APC)를 표적하는 펩타이드 기반 mRNA 전달 나노복합체를 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 『Biomaterials』에 게재됐다. □ 모듈형 펩타이드 기반 mRNA 전달 나노복합체 개발 ○ mRNA는 체내 안정성이 낮고 세포막을 통과하기 어려워 전달체가 필수다. LNP는 코로나19 mRNA 백신의 상용화를 이끈 핵심 전달체지만, 세포 선택성이 낮고 간 등 비표적 조직에서 발현이 나타날 수 있으며 발현이 비교적 짧게 유지되는 한계가 있다. 연구팀은 면역반응이 시작되는 배액 림프절과 APC에 mRNA를 선택적으로 전달하는 비지질성 전달체를 설계했다. ○ 개발한 나노복합체는 양전하로 mRNA를 응축하는 RNA 결합 펩타이드 (RBP), 입자표면 전하를 조절하기 위한 PGA, 그리고 APC 인식과 세포 침투를 담당하는 A-CPP의 세 모듈로 구성된다. 연구팀은 각 모듈의 비율을 광범위하게 비교해 응축 안정성, 표면전하, 세포 유입과 세포질 방출이 균형을 이루는 최적 제형을 도출했다. □ 항원 제시세포를 표적하는 펩타이드 발굴 ○ A-CPP의 면역세포 결합 부위는 세포 기반 파지 디스플레이 (in vitro phage display)로 새롭게 발굴한 펩타이드이다. 연구팀은 먼저 7-mer의 펩타이드를 무작위로 발현하는 파지 라이브러리를 이용하여 면역세포에 결합하는 파지를 선별하고 서열을 분석하여 펩타이드를 합성하였다. 이후 AI를 이용한 구조 예측, 분자 도킹 시뮬레이션과, 마크로파지 세포에서의 CCL19 경쟁 결합 실험 결과를 종합하여 CCR7을 A-CPP의 세포 인식에 관여할 가능성이 있는 후보 수용체로 제시했다. CCR7은 항원제시세포가 림프절로 이동하게 하는 역할로 필수적인 G 단백질 결합 수용체(GPCR)이다. □ 동물 감염 모델을 이용한 나노복합체의 백신 효과 확인 ○ 먼저 연구팀은 firefly luciferase(Fluc) mRNA를 이용하여 나노복합체를 제작하고 마우스에 근육주사를 하여 발현을 확인하였다. 대조군으로 사용한 LNP는 주사 부위와 함께 간에서 강한 발현 신호가 관찰된 반면 펩타이드 나노복합체는 주로 주사부위와 배액 림프절에서 국소적으로 분포했다. 또한 발현 지속성에도 차이를 보였는데, 대조군으로 사용된 LNP는 48시간 발현이 유지된 반면, 나노복합체는 7일까지 발현이 유지되었다. ○ 이후 SARS-CoV-2 스파이크 mRNA를 탑재해 마우스에 면역한 결과, 나노복합체 제형은 LNP보다 배액 림프절의 성숙 수지상세포 비율을 1.8배 높였고, CD4+ T세포 반응은 유사하면서 CD8+ T세포 반응은 유의하게 높였다. 추가접종 뒤 스파이크 항원에 반응해 IFN-γ를 분비하는 세포도 LNP군보다 많았으며, 중화항체 수준은 LNP와 유사했다. ○ 또한 치의학대학원 나운성 교수과 함께 진행한 K18-hACE2 마우스 감염 시험에서는 LNP 및 펩타이드 제형 백신군 모두 감염 후 10일까지 폐 바이러스 RNA가 검출한계 이하였고, 체중을 안정적으로 유지하며 100% 생존했다. 백신을 투여하지 않은 대조군에서는 체중 감소와 사망이 나타났다. 이는 펩타이드 나노복합체가 실제 SARS-CoV-2 감염 모델에서도 LNP와 견줄 만한 방어효과를 나타냈음을 보여준다. ○ 반복투여 안전성 평가에서는 효능평가 용량의 100배와 200배를 매일 2주간 근육주사했을 때도 AST, ALT, BUN, 크레아티닌 등 간·신장 기능 관련 혈청 지표에 유의한 변화가 없었다. 연구진은 향후 A-CPP를 LNP, 고분자, 나노입자 등 다른 전달체에도 적용하고, 감염병 백신뿐 아니라 항암백신과 다양한 mRNA 치료제로 확장할 수 있다고 기대한다. □ 이번 연구는 질병관리청 국립보건원 백신연구센터의 연구사업과 교육부 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행되었다. [연구결과] Lymph node-targeted mRNA delivery of fine-tuned peptide nanocomplexes for SARS-CoV-2 vaccination Hayoon Jung, Gookjin Yoon, Eun Kyung Shin, Yujin Kim, Hyesook Jeong, Hyunguk Kim, Dogeun Kim, Jaeseok Choi, Un-Seong Na, Juyeon Lee, Chong-Pyoung Chung, Yoon Jeong Park (https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124438) ※ 연구팀은 mRNA 응축, 표면전하 조절, APC 인식 및 세포침투 기능을 각각 담당하는 세 개의 펩타이드 모듈을 조합해 최적의 펩타이드 기반 나노복합체 제형을 확립했다. 이 제형은 기존의 LNP 대비 간 관련 발현을 줄이고 배액 림프절의 APC 관련 세포분획에 mRNA를 전달했으며, 발현을 최대 7일까지 유지했다. SARS-CoV-2 스파이크 mRNA 백신으로 적용했을 때 LNP와 유사한 중화항체, 더 높은 CD8+ T세포 반응, 감염 모델에서 폐 바이러스 억제와 100% 생존을 보였다. 고용량 반복투여에서도 간·신장 기능 혈청 지표의 유의한 변화가 관찰되지 않아 차세대 mRNA 백신 전달체로의 가능성을 제시했다. [용어설명] - mRNA: 세포가 특정 단백질을 만들도록 유전정보를 전달하는 전령 RNA. 체내에서 쉽게 분해되고 세포막을 통과하기 어려워 전달체가 필요하다. - 지질나노입자(LNP, lipid nanoparticle): 지질 성분으로 이루어진 나노입자로, mRNA를 보호하고 세포 안으로 전달하는 대표적인 비바이러스성 전달체이다. - 항원제시세포(APC, antigen-presenting cells): 수지상세포와 B세포 등 항원을 T세포에 제시해 항체 및 세포성 면역반응을 시작하는 면역세포이다. - 배액림프절: 주사 부위의 림프액이 처음 유입되는 림프절로, 백신 항원이 면역세포와 만나 면역반응이 시작되는 주요 조직이다. - A-CPP(APC-cell penetrating peptide): 항원제시세포 인식 기능과 세포투과 기능을 함께 갖도록 설계한 펩타이드 모듈. - 파지 디스플레이: 박테리오파지 표면에 다양한 펩타이드 서열을 제시한 뒤, 특정 세포나 단백질에 잘 결합하는 서열을 선별하는 탐색 기술이다. - CCR7(C-C chemokine receptor type 7): 면역세포의 림프절 이동에 관여하는 케모카인 수용체. 본 연구에서는 A-CPP 세포 인식에 관여할 가능성이 있는 후보 수용체로 제시됐다. [그림설명] ▲ 그림 1. 모듈형 펩타이드 나노복합체의 구성과 백신 작동 개념. RBP가 mRNA를 응축하고 PGA가 표면전하를 조절하며, A-CPP가 APC 인식과 세포 진입 기능을 부여한다. 근육주사 후 배액 림프절로 이동한 mRNA가 항원특이적 항체 및 T세포 면역반응을 유도하는 과정을 도식화했다. ▲ 그림 2. 펩타이드 나노복합체의 생체 내 mRNA 발현 지속성과 배액 림프절 전달. LNP 발현은 48시간 이내 크게 감소한 반면, 펩타이드 나노복합체 제형은 주사 부위 발현을 168시간까지 유지했다(a-c). 48시간 후 배액 림프절에서는 펩타이드 제형의 발현이 LNP보다 높았다(d-e). 림프표적성 펩타이드 기반 차세대 mRNA 약물전달 플랫폼 제시 - 연구성과 - 연구 - 서울대학교

서울대학교 치의학대학원 김영준 박사과정생, ‘2026년 한국생체재료학회 30주년 국제학술대회’ 우수학생연구자상 · 포스터상 동시 수상
서울대학교 치의학대학원 구강생리학교실 김영준 박사과정생(지도교수 이상우)이 2026년 한국생체재료학회 30주년 국제학술대회에서 우수학생연구자상과 포스터상을 동시에 수상했다. 2026년 한국생체재료학회 30주년 국제학술대회는 지난 9월 16일부터 18일까지 3일간 부산 BEXCO에서 개최되었다. 이번 학술대회는 한국생체재료학회 30주년을 기념하여 ‘재료에서 생명으로’라는 주제로 개최되었으며, 국내외 연구자들의 기조강연, 구두 발표, 포스터 발표 및 산업체 전시 등 다양한 학술 프로그램이 진행되었다. 우수학생연구자상은 생체재료 분야에서 우수한 연구역량을 보인 학생 연구자 2인에게 연구성과 심사를 거쳐 수여하는 상이다. 김영준 박사과정생은 구강에서 소화관에 이르는 다양한 생체환경에 존재하는 고유한 방어기전과 물리, 화학적 특성을 이해하고, 이를 생체재료의 설계 원리로 구현하는 생체모사 연구를 수행해 왔다. 생체 내 점막과 조직이 외부 자극에 대응하는 방식, 조직 고유의 역학적 특성, 천연물질의 다기능성을 소재 설계에 접목하여 항산화, 항균 및 조직재생 기능을 갖는 생체재료를 개발하고 적용 가능성을 제시하였다. 이러한 연구성과를 바탕으로 재료과학 분야 최상위 학술지인 Advanced Materials(IF 29.1)를 비롯해 Journal of Advanced Research(IF 17.1), Dental Materials (Dentistry 분야 상위 5%) 등 최우수 국제 학술지에 주저자로 다수 논문을 게재하며 연구역량을 인정받았다. 또한 김영준 박사과정생은 임플란트 내부의 바이오필름 제거용 신소재 개발 연구를 발표해 포스터상도 동시에 수상하는 쾌거를 이루었다. 해당 연구는 이산화망간 나노시트를 접목한 규조류 기반 소재를 이용하여 임플란트 내부의 좁고 제한된 공간에서 산소 미세기포를 발생시켜 혐기성 바이오필름을 물리, 화학적으로 제거하는 기술이다. 이를 통해 규조류를 임플란트 감염 제어에 활용할 수 있는 가능성을 제시했다. 김영준 박사과정생은 “생리학적 기전에 대한 이해를 바탕으로 생체재료의 기능을 설계하고, 두 분야의 새로운 접점을 탐구하는 연구를 이어가고 싶다”며 “궁극적으로 이러한 연구가 실제 임상 문제를 해결할 수 있는 새로운 치료 소재와 기술로 발전하도록 노력하겠다”고 밝혔다. 지도교수 이상우 교수는 “이번 수상은 생리학과 생체재료를 연결하는 융합 연구의 가능성을 보여준 뜻깊은 성과”라며 “앞으로도 기초 생명현상에 대한 이해를 새로운 생체재료와 치료 기술로 확장하는 연구자로 성장하기를 기대한다”고 밝혔다.

치의학대학원 오석배 교수 연구팀 "잇몸병 일으키는 세균, 오히려 통증 신호 낮춘다"
"잇몸병 일으키는 세균, 오히려 통증 신호 낮춘다" [연구필요성] 통증은 일반적으로 감염이나 염증 상황에서 증가하며, 세균이 분비하는 다양한 염증성 물질 역시 감각신경을 활성화하여 통증을 유발하는 것으로 알려져 있음. 그러나 실제 감염 환경에서는 살아있는 세균과 감각신경세포가 직접 접촉할 수 있음에도 불구하고, 이러한 물리적 세균-신경 상호작용이 감각신경의 기능과 통증에 어떠한 영향을 미치는지는 충분히 밝혀지지 않았음. 본 연구에서는 대표적인 치주질환 원인균인 Porphyromonas gingivalis가 감각신경세포와 직접 상호작용할 때 나타나는 신경생리학적 변화와 통증 조절 효과를 규명하고자 하였음. [연구성과/기대효과] 연구진은 치주질환의 주요 원인균인 P. gingivalis가 감각신경세포에 직접 접촉하여 신경의 활성을 낮추고, 염증 상황에서 통증을 감소시킬 수 있음을 확인함. 이를 통해 만성 치주염이 지속적인 염증질환임에도 불구하고 통증 증상이 상대적으로 심하지 않은 현상을 치주병인균과 감각신경세포의 직접적인 상호작용이라는 새로운 관점에서 설명함. 또한 본 연구는 감연균이 단순히 염증과 통증을 유발하는 존재가 아니라, 감각신경의 기능을 직접 조절할 수도 있음을 보여줌. 향후 P. gingivalis가 통증을 억제하는 데 관여하는 세균 유래 물질과 작용 기전을 추가로 규명할 경우, 새로운 기전의 진통제 후보물질 발굴로 이어질 가능성이 있음. [본문] □ 살아있는 치주질환균의 예상 밖 통증 억제 효과 연구진은 대표적인 치주질환 원인균인 P. gingivalis를 염증성 통증이 있는 동물에 투여했을 때, 예상과 달리 통증에 대한 민감도가 감소하는 현상을 확인함. 일반적으로 세균 감염과 염증은 통증을 증가시키는 것으로 알려져 있지만, P. gingivalis는 염증이 있는 상황에서 오히려 통증 신호를 낮추는 특이한 현상을 보였음. 이에 연구진은 살아있는 세균이 감각신경과 직접 상호작용하는 것이 이러한 진통 효과와 관련될 가능성에 주목함. □ 세균이 감각신경에 직접 닿으면 신경 활동이 낮아짐 감각신경세포와 살아있는 P. gingivalis를 함께 배양한 결과, 세균이 실제로 감각신경세포 표면에 직접 부착하는 모습을 확인함. 세균과 직접 접촉한 감각신경세포의 전기적 활성을 측정한 겨로가, 신경이 자극에 반응하기 어려운 상태로 변화하고 통증 신호를 전달하는 전기신호의 발생도 감소함. 반대로 세균과 신경이 직접 접촉하지 못하도록 분리한 경우 이러한 신경 억제 효과가 나타나지 않아, 세균과 감각신경의 물리적인 접촉이 중요한 조건임을 확인함. □ 세균이 감각신경에 접촉하고 신경을 억제하는 과정 규명 연구진은 P. gingivalis 표면의 FimA라는 부착 단백질과 감각신경세포 표면의 integrin α5라는 단백질이 세균과 신경의 직접적인 접촉에 관여함을 확인함. 이 상호작용을 차단하면 세균의 신경세포 부착이 감소하고, 세균에 의해 나타나던 신경 억제 효과도 함께 감소함. 또한 감각신경의 전기적 활동을 조절하는 단백질인 Fxyd2가 P. gingivalis와의 상호작용 이후 감소하는 현상을 확인함. 이를 통해 살아있는 P. gingivalis가 감각신경에 직접 접촉하고 신경의 전기적 성질을 변화시켜 통증 신호를 억제하는 일련의 과정을 제시함. [연구결과] Direct cellular contact by Porphyromonas gingivalis suppresses nociceptor excitability and induces analgesia during inflammation Sena Chung, Doyun Kim, Byeonggeon Koh, Yeon Kyeong Ko, Kihwan Lee, Hayun Kim, Hyun Young Kim, Manda Yu, Ozge Erdogan, Larissa Staurengo-Ferrari, Isaac M. Chiu, Mary E. Davey, Youngnim Choi, and Seog Bae Oh (Science Advances, https://doi.org/10.1126/sciadv.aee8088) 일반적으로 세균 감염은 염증과 통증을 증가시키는 것으로 알려져 있음. 그러나 본 연구에서는 대표적인 치주질환균인 Porphyromonas gingivalis가 염증이 있는 상황에서 감각신경과 직접 접촉해 신경의 활동을 낮추고 통증 반응을 줄일 수 있음을 확인함. 특히 세균과 감각신경이 직접 닿는 것이 이러한 효과에 중요하다는 점을 밝혀, 치주염과 같은 만성 염증질환에서 통증이 상대적으로 크지 않을 수 있는 이유를 설명할 수 있는 새로운 가능성을 제시함. 이를 통해 세균이 단순히 염증을 일으키는 존재가 아니라, 감각신경의 기능 자체를 조절할 수 있음을 보여줌. [용어설명] Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis): 치주염과 밀접하게 관련된 대표적인 그람음성 혐기성 세균임 감각신경세포/통각수용기(nociceptor): 열, 압력, 염증성 물질 등 유해 자극을 감지하여 통증 신호를 중추신경계로 전달하는 말초 감각신경세포임 FimA: P. gingivalis 표면의 섬모(fimbriae)를 구성하는 주요 단백질로, 세균이 숙주세포와 부착하고 상호작용하는 데 관여함. Integrin α5: 세포 표면에 존재하는 adhesion receptor 중 하나로, 본 연구에서는 P. gingivalis와 감각신경세포의 직접적인 상호작용에 관여하는 것으로 확인됨. Fxyd2: Na+/K+-ATPase 기능을 조절하는 단백질로, 감각신경세포의 전기적 특성과 흥분성 조절에 관여함. [그림설명] 치주질환균과 감각신경세포의 직접 상호작용을 통한 통증 억제 기전 P. gingivalis가 FimA-integrin α5 상호작용을 통해 감각신경세포와 직접 접촉하고, Fxyd2를 포함한 신경 흥분성 조절 기전에 영향을 주어 감각신경의 활성을 억제함. 그 결과 염증 상황에서 말초 통증 신호가 감소함. 잇몸병 일으키는 세균, 오히려 통증 신호 낮춘다 - 연구성과 - 연구 - 서울대학교