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.

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.

이렇게 만들어진 치아는 금속 임플란트와는 달리 자연적으로 턱뼈와 융합하거나, 손상 시 자가 회복이 가능하다는 점에서 기존 치료법보다 뛰어난 대안이 될 것으로 기대된다.

연구 공동저자인 아나 안젤로바 볼포니(Ana Angelova Volponi) 박사는 “현재는 치아가 빠진 부위에 젊은 세포조직을 직접 이식해 입안에서 치아를 재생시키는 방법, 또는 실험실에서 배양한 치아를 이식하는 방법 등이 검토되고 있다”면서 “이런 혁신적인 기술들이 재생치의학 분야에서 통합된다면 지속 가능하고 효과적인 치아 복원 솔루션으로서 치과 치료의 판도를 바꾸게 될 것”이라고 밝혔다.