새로운 연구에서는 우주 여행을 하는 생쥐의 뼈 손실을 예방하는 데 있어 공학적 화합물의 효능이 입증되었습니다. 이 획기적인 기술은 지구상의 우주비행사와 골다공증 환자에게 솔루션을 제공할 수 있습니다. 오늘(9월 18일) Nature 파트너 저널 npj Microgravity에 발표된 새로운 연구에 따르면 국제 우주 정거장(ISS)에 탑승한 쥐에게 공학적 화합물을 투여하면 시공간 관련 뼈 손실이 크게 예방되는 것으로 나타났습니다.

캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 교수와 매사추세츠 주 케임브리지에 있는 포사이스 연구소(Forsyth Institute) 교수로 구성된 학제간 팀이 주도한 이 연구는 장기간의 우주 여행과 지구상의 근골격 퇴화로 인한 극심한 뼈 손실을 완화하기 위한 유망한 치료법을 강조합니다.


미세 중력으로 인한 뼈 손실은 장기간의 우주 임무에서 오랫동안 중요한 문제였습니다. 미세중력으로 인한 기계적 부하 감소로 인해 지구보다 12배 빠른 속도로 뼈가 손실됩니다. 낮은 지구 궤도에 있는 우주비행사는 한 달에 최대 1%의 뼈 손실률을 경험할 수 있으며, 이는 우주비행사의 뼈 건강을 손상시키고 장기간 우주 비행 중 및 나중에 인생에서 골절 위험을 증가시킬 수 있습니다.

뼈 손실을 완화하기 위한 현재 전략은 뼈 형성을 촉진하기 위해 운동으로 인한 기계적 부하에 의존하지만 이 전략은 최대 6개월 동안 미세 중력에 노출되는 승무원에게는 완벽하지 않습니다. 운동은 항상 뼈 손실을 예방하는 것은 아니며 탑승자의 귀중한 시간을 소비하며 특정 유형의 부상에 대한 금기 사항이 될 수 있습니다.

새로운 연구에서는 NELL 유사 분자-1(NELL-1)의 전신 투여가 미세중력으로 인한 뼈 손실을 줄일 수 있는지 여부를 조사했습니다. 이번 연구는 UCLA David Geffen 의과대학 성형외과 부학과장이자 외과 및 정형외과 교수인 Chia Soo 박사가 주도했습니다. Forsyth Institute의 Kang Ting 박사가 발견한 NELL-1은 뼈 발달과 골밀도 유지에 중요합니다. Ding 교수는 또한 NELL-1의 국소 투여가 뼈와 연골과 같은 근골격 조직을 재생시킬 수 있음을 보여주는 여러 연구를 주도했습니다.

국제 우주 정거장에서 NELL-1을 체계적으로 전달하려면 연구팀은 주사 횟수를 최소화해야 했습니다. Forsyth Institute의 Ben Wu 박사와 Yulong Zhang 박사는 생물학적 활성을 잃지 않고 NELL-1 분자의 반감기를 5.5시간에서 15.5시간으로 연장하여 NELL-1의 치료 잠재력을 강화했으며, BP의 일반적인 유해한 영향 없이 뼈 조직을 보다 특이적으로 표적으로 삼을 수 있는 불활성 비스포스포네이트(BP)를 생체접합하여 "스마트" BP-NELL-PEG 분자를 만들었습니다.

Soo와 Ting 팀은 지구상에서 BP-NELL-PEG의 효과와 안전성을 확인하기 위해 개선된 분자에 대한 광범위한 평가를 수행했습니다. 그들은 BP-NELL-PEG가 명백한 부작용을 일으키지 않으면서 뼈 조직에 대한 탁월한 특이성을 가지고 있음을 발견했습니다.

실제 우주 조건에서 BP-NELL-PEG의 실용성을 확인하기 위해 연구원들은 CASIS(Center for the Advancement of Space Science) 및 NASA(National Aeronautics and Space Administration) Ames Branch와 협력하여 우주를 위한 광범위한 준비를 했습니다. ISS 생쥐의 절반은 장기 우주 여행의 과제를 시뮬레이션하기 위해 최대 9주 동안 미세 중력 환경("TERM 비행")에 노출되었으며 나머지 생쥐는 발사 후 4.5주 후에 지구로 다시 날아갔습니다. 미국 역사상 최초의 생쥐 귀환("LAR 비행"). TERM 그룹과 LAR 비행 그룹 모두 BP-NELL-PEG 또는 인산염 완충 식염수(PBS) 대조군으로 치료를 받았습니다. 동일한 수의 쥐가 일반 지구 중력("지상") 제어 그룹으로 케네디 우주 센터에 남아 있으며 BP-NELL-PEG 또는 PBS로 치료도 받습니다.

BP-NELL-PEG를 처리한 날쥐와 지상 쥐 모두에서 뼈 형성이 크게 증가했습니다. 우주와 지구에서 치료받은 생쥐는 건강에 뚜렷한 부작용을 보이지 않았습니다.

교신저자인 Chia Soo는 "우리의 발견은 미래의 우주 탐사, 특히 미세중력 환경에서의 장기 체류와 관련된 임무에 대한 큰 가능성을 제시합니다"라고 말했습니다. "인체 연구를 통해 이를 확인한다면, BP-NELL-PEG는 특히 부상이나 기타 장애 요인으로 인해 전통적인 저항 훈련이 불가능한 상황에서 뼈 손실과 근골격 변성을 퇴치하는 데 효과적인 도구가 될 것입니다."

공동 연구 책임자인 Ben Wu는 "이 생명공학 전략은 극심한 골다공증 및 기타 뼈 관련 질병으로 고통받는 환자에게 잠재적인 치료법을 제공함으로써 여기 지구상에서도 중요한 이점을 가질 수 있습니다."라고 말했습니다.

"다음 단계에서는 UCLA 프로젝트 과학자 Pin Ha(MD, PhD, MS)가 살아있는 동물 귀환 데이터의 분석을 감독할 것입니다. 우리는 이것이 미래의 우주비행사들이 장기간의 우주 임무에서 회복하는 데 도움이 되는 방법에 대해 어느 정도 밝혀지길 바랍니다."