Washington University in St. Louis와 Tsinghua University의 연구진은 세포 집단이 건강한 상태에서 질병 상태로 갑자기 전환하는 메커니즘을 규명했다. 이 연구는 Proceedings of the National Academy of Sciences에 실렸고, 세포 간 협동이 임계점(tipping point)을 지나면 섬유증이 급격히 악화된다고 설명한다.
연구자들은 물리학의 상전이와 유사한 현상으로 이를 설명했다. 예로 물이 0 C에서 얼고, 철이 770 C 이하에서 강자성을 띠는 것과 비슷하게, 조직에서는 세포 간 간격이 약 수백 마이크로미터 정도의 임계값을 넘거나 밑돌 때 집단적 기계적 소통이 시작된다. 이 소통은 조직을 압축하고 단단하게 만든다.
핵심 인자는 콜라겐 섬유와 그 가교 결합이다. 콜라겐 섬유는 세포 힘에 의해 정렬되어 '장력 띠'를 만들고 신호를 먼 거리로 전달한다. 연구팀은 섬유가 정렬되기 전에 필요한 '임계 신장 비율'을 규명했다. 가교 결합은 나이, 식이, 최종 당화 생성물(advanced glycation end products), 당뇨병 같은 요인에 의해 증가하며, 가교 결합이 많으면 세포 활성화는 증가하지만 신호 전달 거리는 줄어든다.
저자들은 섬유증 초기에는 세포들이 먼 거리에서 소통하지만, 이후 가교 결합 증가와 세포 증식으로 세포들이 임계 간격 안으로 들어간다고 설명했다. 단순히 조직을 연하게 하는 치료는 기계적 소통을 차단하지 못해 한계가 있다. 연구진은 기계적 소통을 방해하거나 물리적 미세환경을 조작하는 접근을 제안했다.
- 콜라겐 가교 결합 감소
- 섬유 정렬 또는 장력 띠 교란
- 식이 또는 생체재료를 통한 물리적 미세환경 변화
연구는 일부 인력 지원을 Human Frontier Science Program과 중국 자연과학기금(Chinese Natural Science Foundation)으로부터 받았다.
어려운 단어·표현
- 섬유증 — 조직이 섬유화되어 기능이 나빠짐
- 상전이 — 물질이 다른 상태로 바뀌는 현상
팁: 글에서 강조된 단어에 마우스를 올리거나 포커스/탭하면, 읽거나 들으면서 바로 간단한 뜻을 볼 수 있습니다.
토론 질문
- 이 연구 결과가 섬유증 치료 전략에 어떤 영향을 줄지 설명해 보세요.
- 가교 결합을 줄이거나 섬유 정렬을 교란하는 치료의 장단점을 어떻게 생각하나요? 이유를 말해 보세요.
- 물리적 미세환경을 조작하는 접근을 실제 환자 치료에 적용하려면 어떤 현실적 문제가 있을지 예를 들어 논하세요.
