【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교)과 인하대학교 공동 연구팀이 천연 엘라스틴(elastin)의 한계를 극복할 수 있는 새로운 인공 생체소재 개발에 성공했다. 이번 성과는 탄성이 중요한 심혈관계나 인대 재생 치료에 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다.
 ▲ 인간 엘라스틴을 모방한 새로운 엘라스틴 유사 단백질 생체소재의 재설계를 통한 개발 © 포스텍 |
엘라스틴은 우리 몸 곳곳에서 ‘고무줄’처럼 늘었다가 원래대로 돌아오는 성질을 가진 단백질이다. 폐의 호흡 운동, 혈관의 수축과 이완, 피부의 탄력 유지 등이 모두 엘라스틴 덕분이다. 그러나 의료용으로 활용하기에는 생산량이 제한적이고 정제가 까다로우며, 체내 투여 시 면역 반응을 유발할 수 있다는 한계가 있었다.
이를 보완하기 위해 기존에 개발된 엘라스틴 유사 폴리펩타이드(ELP)는 대량생산이 가능하다는 장점이 있지만, 천연 엘라스틴의 정교한 기능을 충분히 재현하지는 못했다.
연구팀은 이에 인간 엘라스틴 원료 단백질인 ‘트로포엘라스틴(tropoelastin)’에서 핵심 기능을 담당하는 도메인들을 선별해 조합하는 방식으로 새로운 단백질을 설계했다. 소수성 도메인, 가교 도메인, 세포 간 상호작용 도메인을 정교하게 결합해 완성된 단백질은 ‘엘라스틴 도메인 유래 단백질(EDDP)’이라 명명됐다.
EDDP는 ELP처럼 대량생산이 가능하면서도 천연 엘라스틴에 가까운 탄성과 복원력을 지녔으며, 기계적 특성에서도 우수한 성능을 보였다. 특히 세포 표면에 잘 부착되고 세포 성장 신호를 전달하는 기능까지 갖춰 조직 재생 과정에서 세포 생존과 성장을 적극 지원했다. 우리 몸 단백질과 구조적으로 유사해 부작용 위험도 낮다.
차형준 POSTECH 교수는 “EDDP는 혈관이나 심장 판막, 인대처럼 탄력이 중요한 조직을 재생하는 데 활용할 수 있을 것”이라며 “향후 재생의학 분야에서 폭넓게 응용될 수 있는 원천 생체소재”라고 설명했다.
이번 연구는 POSTECH 화학공학과·융합대학원 차형준 교수, 시스템생명공학부 조승겸 통합과정 연구원, 인하대 생명공학과 양윤정 교수 연구팀이 공동 수행했다. 성과는 생체재료 분야 세계적 권위지 ‘악타 바이오마테리알리아(Acta Biomaterialia)’ 온라인판에 게재됐다.
연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 해외우수연구기관협력허브구축사업, 포스코홀딩스 창의혁신과제의 지원을 받아 이뤄졌다.
<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>
A Joint Research Team from POSTECH and Inha University Successfully Develops Next-Generation Artificial Biomaterial 'EDDP'
A joint research team from POSTECH and Inha University has successfully developed a new artificial biomaterial that overcomes the limitations of natural elastin. This achievement is expected to open up new possibilities for cardiovascular and ligament regeneration treatments, where elasticity is crucial.
Elastin is a protein found throughout the body that stretches and returns to its original shape, much like a rubber band. Elastin plays a crucial role in respiratory function, blood vessel contraction and relaxation, and skin elasticity. However, its use in medical applications has been limited due to limited production, difficulty in purification, and the potential for immune responses when administered internally.
To address this issue, previously developed elastin-like polypeptides (ELPs) offer the advantage of mass production, but they fail to fully replicate the sophisticated functions of natural elastin.
The research team designed a new protein by selecting and combining domains responsible for key functions from tropoelastin, a protein sourced from human elastin. The resulting protein, which meticulously combines hydrophobic domains, cross-linking domains, and cell-cell interaction domains, was named "elastin domain-derived protein (EDDP)."
EDDP, like ELP, can be mass-produced while possessing elasticity and resilience similar to natural elastin and exhibiting superior mechanical properties. Notably, it adheres well to cell surfaces and transmits cell growth signals, actively supporting cell survival and growth during tissue regeneration. Its structural similarity to proteins in the human body also reduces the risk of side effects.
Professor Cha Hyung-joon of POSTECH explained, "EDDP can be used to regenerate tissues where elasticity is crucial, such as blood vessels, heart valves, and ligaments. It is a source biomaterial with broad potential for future applications in regenerative medicine."
This study was jointly conducted by a research team led by Professor Cha Hyung-jun of the Department of Chemical Engineering and Graduate School of Convergence at POSTECH, Integrated Researcher Cho Seung-gyeom of the Department of Systems Biotechnology, and Professor Yang Yoon-jung of the Department of Biotechnology at Inha University. The results were published online in Acta Biomaterialia, a globally recognized journal in the field of biomaterials.
The research was supported by the National Research Foundation of Korea's Mid-Career Researcher Support Program, the Overseas Excellent Research Institutions Collaboration Hub Establishment Project, and the POSCO Holdings Creative Innovation Project.
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