인류는 오랫동안 상상 속에서 잃어버린 팔다리를 재생하는 능력을 꿈꿔왔다. 신화 속 영웅이나 SF 영화의 주인공처럼 말이다. 이러한 꿈이 현실에서 이루어질 가능성이 점점 커지고 있다. 텍사스 A&M 대학교의 켄 무네오카 박사 연구팀은 최근 '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치(Journal of Bone and Mineral Research)'와 '디벨롭멘탈 바이올로지(Developmental Biology)' 저널에 발표한 논문에서 신체 재생의 핵심 메커니즘을 밝혀냈다. 놀랍게도 그 핵심은 신경이 아닌 '기계적 부하', 즉 신체에 가해지는 물리적 힘이었다.

기계적 부하란 뼈에 가해지는 물리적인 힘으로, 압력, 장력, 전단력 등 다양한 형태로 작용한다. 걷거나 뛰는 등의 일상적인 활동은 물론, 운동이나 재활 치료를 통해서도 뼈에 기계적 부하가 가해진다. 기존의 재생 의학 연구는 주로 신경이나 성장 인자에 초점을 맞추었지만, 이번 연구는 기계적 부하의 중요성을 강조하며 새로운 치료법 개발에 대한 가능성을 제시한다.

무네오카 박사는 "부하가 없으면 아무 일도 일어나지 않지만, 부하가 다시 가해지면 짧은 지연 후 재생이 시작된다"고 설명했다. 이는 신경이 재생에 필수적인 요소가 아님을 명확히 보여준다.

포유류 재생의 미스터리⋯손가락 끝에 숨겨진 재생 능력

포유류의 뼈 재생은 복잡하고 제한적인 과정이다. 골절이 발생하면 골막에서 가골이 형성되어 손상 부위를 연결하지만, 큰 골절이나 복잡한 손상은 완전히 치유되지 않는 경우가 많다. 골 견인 신생술과 같은 수술적 기술은 뼈의 성장을 촉진하지만, 완전한 재생과는 거리가 멀다.

그러나 예외적인 사례가 있다. 바로 손가락 끝 재생이다. 인간과 쥐는 손가락 끝이 절단되면 놀라운 재생 능력을 보여준다. 절단된 뼈는 물론, 주변 조직까지 원래 상태로 복구되는 것이다. 이 독특한 현상은 오랫동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다.

무네오카 박사 연구팀은 손가락 끝 재생 과정을 면밀히 분석했다. 절단 후 초기에는 염증 반응과 함께 파골세포가 활성화되어 절단된 뼈의 추가적인 손실이 일어난다. 이후 배아형성체(blastema)라는 미분화 세포 덩어리가 형성되고, 여기서 다양한 세포들이 증식하며 새로운 뼈를 만들어낸다.

기계적 부하가 뼈 재생에 미치는 영향

흥미로운 점은 이 과정에서 기계적 부하가 결정적인 역할을 한다는 것이다. 물리적 힘이 부족하면 뼈 형성이 저하되는 현상이 관찰되었다. 무네오카 박사팀은 기계적 부하의 역할을 명확히 규명하기 위해 '후지 부하 모델'을 사용했다. '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치'에 게재된 연구에서, 실험 동물의 뒷다리를 특수 장치를 이용하여 들어올려 무중력 상태와 유사한 환경을 조성하여 기계적 부하를 제거한 것이다. 그 결과, 재생 과정이 완전히 멈추는 것을 확인했다. 반대로, 기계적 부하를 다시 가하자 재생이 다시 시작됐다.

텍사스 A&M 대학교의 수의생리학 및 약리학과 책임자인 래리 수바 박사도 이 연구 결과를 높이 평가하며, "기존의 재생 연구에서 기계적 부하를 고려하지 않았다는 점에서 큰 전환점이 될 것"이라고 말했다. 그는 "기계적 부하는 성장 인자만큼이나 중요하다. 이는 앞으로 과학자들이 문제를 해결하는 방식에 근본적인 변화를 가져올 것"이라고 덧붙였다.

신경보다 중요한 기계적 부하

이 실험은 기존 과학계의 통념을 뒤엎는 결과였다. 지금까지 신경이 재생에 필수적인 요소로 여겨졌지만, '디벨롭멘탈 바이올로지'에 발표된 후속 연구에서 무네오카 박사팀은 기계적 부하가 더 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 

심지어 신경이 제거된 손가락 끝도 기계적 부하가 가해지면 재생이 가능했다. 무네오카 박사는 "신경은 재생의 필수 요소가 아니라, 여러 요소 중 하나일 뿐"이라고 강조했다.

재생 의학의 새로운 지평⋯분자 칵테일, 희망을 불어넣다

무네오카 박사팀의 발견은 인간 사지 재생이라는 오랜 꿈을 현실로 만들 가능성을 제시한다. 연구팀은 기계적 부하를 모방하는 '분자 칵테일' 개발을 통해 물리적 힘 없이도 재생을 유도할 수 있을 것으로 전망한다. 이 분자 칵테일은 세포 성장과 분화를 조절하는 다양한 성장 인자와 신호 물질로 구성될 것으로 예상된다. 예를 들어, 뼈 형성을 촉진하는 BMP(뼈 형성 단백질), 혈관 생성을 촉진하는 VEGF(혈관 내피 성장 인자) 등이 포함될 수 있다.

물론 인간의 완전한 사지 재생까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 현재까지는 동물 실험 단계이며, 인간에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 하지만 무네오카 박사팀의 연구는 중요한 돌파구를 마련했으며, 재생 의학 연구에 새로운 방향을 제시했다. 과학자들의 끊임없는 도전과 혁신이 계속된다면, 언젠가 인류는 사지 재생의 꿈을 이루고 질병과 사고로 고통받는 사람들에게 새로운 희망을 선사할 수 있을 것이다.