틀니·임플란트 사라질까...‘천연 치아’ 만드는 신소재 개발

상어나 코끼리는 평생 수차례 치아가 다시 자라지만 인간은 영구치가 나온 이후 더 이상 새로운 치아가 생기지 않는다. 충치나 사고로 이를 잃으면 틀니나 임플란트와 같은 인공 치아로 보완할 수밖에 없다.

이 같은 한계를 극복하기 위해 자신의 세포를 이용해 치아를 ‘재생’하는 기술이 주목받고 있다. 최근 킹스 칼리지 런던 연구팀은 천연 치아를 자라게 하는 데 필요한 새로운 바이오 소재 개발에 성공했다고 발표했다. 해당 연구는 과학 학술지 ACS Macro Letters에 게재됐고, 라이브사이언스·사이언스얼럿 등 외신이 보도했다.

연구를 이끈 킹스 칼리지 런던의 슈에첸 장(Sue-Xian Zhang) 박사는 “충전재나 임플란트는 모두 인공물이기 때문에 천연 치아의 기능을 완전히 대체할 수 없다. 오히려 장기적으로는 합병증을 유발할 가능성도 있다”고 말했다.

치과 진료 자료사진(제공=이미지투데이)

지금까지 치과 치료는 가공이 어려운 인공소재에 의존해 왔다. 하지만 생체 세포를 배양해 실제 치아 조직을 자라게 하는 재생 기술은 이런 한계를 뛰어넘을 수 있는 가능성으로 주목받고 있다.

이를 위해서는 치아 발생 과정을 정밀하게 재현하고, 입체적인 치아 조직으로 성장시킬 수 있는 생체 재료가 필요하다. 그동안 콜라겐이나 ‘마토리겔(Matrigel)’ 같은 소재가 연구돼 왔지만, 세포 성장 단계의 정밀한 조절이 어렵다는 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘생체 직교성 교차결합 하이드로겔(Bioorthogonally Cross-Linked Hydrogels)’을 개발했다. 젤라틴 기반의 이 고분자 하이드로겔은 원료나 농도를 조절함으로써 치아가 자라나는 단계에 맞춰 세포 주위의 환경을 정밀하게 조절할 수 있다.

또 세포가 주고받는 화학 신호에 거의 영향을 주지 않기 때문에, 줄기세포 간의 자연스러운 상호작용을 유지한 채 치아 형성이 가능하다는 점도 큰 장점이다.

장 박사는 “이전 시도들은 필요한 모든 신호를 한꺼번에 보내려다 실패했다. 하지만 이번 소재는 시간을 들여 서서히 신호를 방출하기 때문에 인체 내 실제 상황을 훨씬 더 정밀하게 재현할 수 있다”고 설명했다.

특히 이번 연구는 ‘치아 오가노이드(tooth organoid)’를 세계 최초 성공적으로 형성한 사례로 주목받고 있다. 실험실에서 자란 이 오가노이드는 초기 치아 발생 단계와 유사한 구조를 형성하며, 치아 형성 과정 연구 및 향후 재생 치료에 기반이 될 수 있다.

연구팀은 향후 환자 자신의 세포를 이용해 에나멜질, 상아질, 시멘트질 등 치아를 구성하는 조직을 체내에서 직접 자라게 하는 기술로 발전시킬 계획이다.