치아는 법랑질(에나멜), 상아질, 시멘트질로 이루어져 있으며, 잇몸에서 노출된 치관부를 덮고 있는 법랑질은 인간의 신체조직 중 가장 단단한 조직 중 하나입니다. 그러나 이 에나멜질은 입안에 살고 있는 무탄균(mutans : 입안에서 당류를 발효시켜 산을 생성시키는 세균)이 탄수화물을 분해하여 만들어내는 산에 의해 쉽게 녹아 충치가 되어 버립니다. 기존의 충치치료는 충치에 영향을 받은 부분을 깎아내고 충전물로 채워 보충할 수밖에 없었지만, 워싱턴 대학의 연구팀이 줄기세포로부터 에나멜질을 만들어내는 데 성공했다고 보고하고 있으며, 재생의료에 의한 새로운 충치 치료법 확립이 기대되고 있습니다.
Single-cell census of human tooth development enables generation of human enamel - ScienceDirect
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.07.013
No More Cavities? Organoids Pave the Way for Enamel Regeneration
No More Cavities? Organoids Pave the Way for Enamel Regeneration
This advance is viewed as a pivotal initial step toward innovative therapies for the repair and regeneration of teeth. Stem cells have been used to produce organoids that release the proteins responsible for forming dental enamel, a substance that shields
scitechdaily.com
에나멜은 '에나멜 모세포'라고 불리는 세포에 의해 만들어집니다. 그러나, 이 법랑아세포는 법랑질의 형성을 완료하면 사멸해 버리기 때문에, 충치 등으로 법랑질이 손상되면 회복 및 재생은 거의 불가능하고, 타액에 포함되는 미네랄에 의해 재석회화 하는 것에 의존할 수밖에 없습니다.
그래서 연구팀은 세포발생의 여러 단계에서 어떤 유전자가 활성되는지 밝히는 'single-cell combinatorial indexing RNA sequencing(sci-RNA-seq)'라는 해석기술을 채용했습니다. 이것은 세포 발달의 다양한 단계에서 mRNA의 변화로부터 어느 단계에서 어떤 유전자가 활성되는지를 밝히는 기술입니다. 미분화 줄기세포가 치아를 형성하는 세포로 분화하는 데 있어서 어느 단계에서 어떤 유전자가 활성화되는지를 조사하고, 어느 유전자가 활성화되면 에나멜아세포로 분화하는지를 조사한다는 것입니다. 아래의 이미지는 발달 중 치아의 단면을 촬영한 것으로, 발육의 각 단계에서 어느 유전자가 발현하고 있는지 색으로 확인하고 있습니다.
연구팀은 sci-RNA-seq의 결과로부터 미분화된 인간 줄기세포를 유도해, 에나멜아세포로 분화시키는 것에 성공하는 동시에, 상아질을 형성하는 상아모세포의 전구체를 처음으로 특정한 것으로 보고하고 있습니다.
그리고 연구팀은 이러한 세포를 함께 유도함으로써 "오르가노이드"라고 불리는 작은 다세포 조직의 형성에 성공했습니다. 이 오르가노이드는 아메로브라스틴 · 아메로게닌 · 에나멜린이라는 3개의 에나멜 단백질을 분비하는 것이 판명되었습니다. 그리고, 이들 에나멜 단백질이 세포 외 매트릭스를 형성하고, 에나멜질이 되기 위한 석회화 프로세스도 확인할 수 있었다고 합니다.
연구팀은 천연 치아에 필적하는 경도를 가진 에나멜질을 형성하는 보다 효율적인 프로세스를 연구 중이라는 것. 미래에 손상된 법랑질을 이 인공 법랑질로 복구하는 방법을 개발하고자 한다고 합니다. 이 과정이 실용화되면 충치 등으로 썩거나 구멍이 뚫려 버린 치아에 생체 유래의 충전물을 넣을 수 있게 될 가능성도 있으며, 잃어버린 치아를 대체하는 줄기 세포 유래의 치아도 만들 수 있을지도 모릅니다.
논문의 최종 저자로 워싱턴 대학 줄기세포 · 재생의학연구소의 부소장을 맡고 있는 Ruohola-Baker 교수는 "인간의 췌장이나 신장, 뇌 등의 크고 복잡한 장기는, 줄기세포로부터 안전하게 재생하려면 시간이 걸립니다. 한편, 치아는 훨씬 작고 복잡하지도 않습니다. 아마도 쉽게 성과를 얻을 수 있을 것입니다. 치아를 재생성하는 데는 시간이 걸릴 수 있지만, 이를 달성하는 데 필요한 절차는 눈에 보이기 시작했습니다. 드디어 「생체 유래 충전물의 시대」가 도래하여, 일반인도 이용 가능한 재생 치과 의료가 시작될지도 모릅니다."라고 코멘트하고 있습니다.
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