아주대의대 뇌과학교실(아주대병원 신경과) 김병곤 교수팀이 한국과학기술연구원(KIST) 김영민 박사·송수창 박사 연구팀과 함께, 척수손상 부위에서 신경재생 목적으로 이식된 신경줄기세포(Neural Stem Cell, NSC)가 생존하는 핵심 원리를 밝혀냈다.
연구팀은 손상된 신경조직의 ‘기계적 환경(Mechanical Environment)’, 즉 조직의 물리적 단단함(강도)이 세포 생존에 큰 영향을 미치며, 이러한 자극이 세포막 단백질인 ‘Piezo1’을 통해 세포 내부로 전달된다는 사실을 밝혀냈다.
이번 연구는 Piezo1 단백질이 세포막에 위치해 주변의 물리적 자극(단단함 등)을 감지하고, 그 신호를 세포 내부로 전달해 세포가 스스로 생존 반응을 일으키는 과정을 처음으로 입증한 것이다. 이는 줄기세포를 이용한 신경재생치료의 성공률을 높일 수 있는 새로운 단서를 제시한 셈이다.
연구팀은 자체 개발한 생체재료 기반 I-5 하이드로젤의 농도를 달리해 강도를 조절한 뒤, 척수손상 환경에서 세포의 생존 변화를 관찰했다. 그 결과, 기존보다 5배이상 단단한 16% 하이드로젤 환경에서 신경줄기세포의 생착률이 크게 향상되는 것을 확인했다.
또한 연구팀은 시험관 및 동물실험을 통해 하이드로젤의 강도 차이에 따라 세포의 형태, 부착력, 생존률이 달라지는 사실을 확인했으며, 이러한 물리적 자극이 Piezo1 단백질을 통해 세포 내부 신호로 전달되어 생존 반응을 유도한다는 사실을 규명했다.
김병곤 교수는 “손상된 신경조직에 이식되는 줄기세포가 주변의 물리적 환경을 감지하고 반응한다는 새로운 생존 원리를 밝혀냈다. 이는 향후 재생의학 분야의 패럼다임을 전환할 수 있는 새로운 개념의 재생치료 개발로 이어질 수 있다.”라고 말했다.
이번 논문은 런던 임페리얼 칼리지의 박사후연구원 박희환 박사와 한국과학기술연구원 김유림 대학원생이 공동 제1저자로 참여했으며, 김영민 박사(KIST), 송수창 박사(KIST), 김병곤 교수(아주대의대 뇌과학교실·아주대병원 신경과)가 교신저자로 참여했다. 이 중 김병곤 교수가 주 교신저자이자 논문의 최종(Last) 저자로 연구를 총괄했다.
해당 연구 결과는 ‘Mechanical Environment Afforded by Engineered Hydrogel Critically Regulates Survival of Neural Stem Cells Transplanted in the Injured Spinal Cord via Piezo1-Mediated Mechanotransduction-(Piezo1 매개 기계신호전달을 통한 하이드로젤의 기계적 환경이 척수 손상 부위 내 신경줄기세포 생존에 미치는 영향)’이라는 제목으로 세계적 권위의 국제학술지 ‘Advanced Science’ (IF 14.1, 2025년 11월호)에 게재됐다.
