치아는 법랑질, 상아질, 시멘트질로 이뤄져 있으며 잇몸에서 노출된 치관부를 덮은 법랑질은 인간 신체에서 가장 단단한 조직 중 하나다. 하지만 에나멜질은 입안에 살고 있는 뮤탄스균이 탄수화물을 분해해 만들어내는 산에 의해 쉽게 녹아 충치가 되어 버린다.
기존 충치 치료는 충치에 영향 받은 부분을 깎아 채우기로 보충할 수밖에 없었지만 워싱턴대학 연구팀이 줄기세포에서 에나멜질을 만들어내는데 성공했다고 보고해 재생 의료에 의한 새로운 충치 치료법 확립이 기대된다.
에나멜은 에나멜 모세포라고 불리는 세포에 의해 만들어진다. 하지만 법랑아세포는 법랑질 형성이 끝나면 사멸해 버리기 때문에 충치 등으로 법랑질이 손상되어도 수복 혹은 재생할 방법은 거의 없고 타액에 포함되는 미네랄에 의해 재석회화하는 것에 의존할 수밖에 없다.
따라서 연구팀은 세포 발생 여러 단계에서 어떤 유전자가 활성인지를 밝히는 sci-RNA-seq(single-cell combinatorial indexing RNA sequencing)라는 해석 기술을 채용했다. 이는 다양한 세포 발달 단계에서 mRNA 변화로부터 어떤 단계에서 어떤 유전자가 활성인지를 밝히는 기술이다. 미분화 줄기세포가 치아를 형성하는 세포로 분화하는데 있어 어떤 단계에서 어떤 유전자가 활성화되는지 조사하고 어떤 유전자가 활성화되면 에나멜 아세포로 분화하는지를 조사한다는 것.
연구팀은 이 결과로부터 미분화 인간 줄기세포를 유도해 에나멜 아세포로 분화시키는데 성공했다. 동시에 상아질을 형성하는 상아모세포 전구체를 처음으로 특정한 것으로 보고하고 있다. 또 연구팀은 이런 세포를 함께 유도해 오가노이드라고 불리는 작은 다세포 조직 형성에 성공했다. 오가노이드는 아메로브라스틴, 아메로게닌, 에나멜린 등 3가지 에나멜 단백질을 분비하는 게 판명됐다. 이들 에나멜 단백질이 세포 외 매트릭스를 형성하고 에나멜질이 되기 위한 석회화 프로세스도 확인할 수 있었다고 한다.
연구팀은 천연 치아에 필적하는 경도를 가진 에나멜질을 형성하는 더 효율적인 프로세스를 연구 중이라고 한다. 미래에는 손상된 법랑질을 이 인공 법랑질로 복구하는 방법을 개발하려는 것이다. 이 과정이 실용화되면 충치 등으로 녹거나 구멍이 뚫린 치아에 생체 유래 충전물을 만들 가능성도 있으며 잃어버린 치아로 대체되는 줄기세포 유래 치아를 만들 수 있을지도 모른다.
연구팀은 인간 췌장이나 신장, 뇌 등 크고 복잡한 장기는 줄기세포로부터 안전하게 재생하려면 시간이 걸리지만 치아는 훨씬 작고 복잡하지 않다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.