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[과학본색] 개구리에서 관절염 치료제 찾았다…흔들어서 따뜻해지는 '손난로'의 원리

[앵커]
화제의 뉴스를 골라 과학 기자의 시선을 분석하는 '과학 본색' 시간입니다.

오늘은 양훼영 기자와 함께하겠습니다. 안녕하세요.

오늘은 어떤 이야기를 나눠볼까요?

[기자]
제가 이번 주에 보도해드린 내용 중에 개구리에서 찾은 획기적인 관절염 치료제를 찾았다는 보도를 한 적이 있는데요.

이에 대해 자세한 이야기를 해볼까 합니다.

[앵커]
관절염은 치료하기가 어려워서 이번 보도에 많은 분이 관심을 가지셨을 것 같은데, 개구리를 활용해서 치료제를 개발했다고요?

[기자]
사실 여기 쓰였던 실험동물이 개구리였던 거예요, 정확히는 아프리카발톱개구리라는 실험동물을 이용해서 관절염 치료제가 가능한 연구 성과를 찾아낸 겁니다.

[앵커]
보통은 실험 쥐를 사용하는 경우가 많잖아요?

네, 특이하다고 해도 초파리나 제브라피쉬, 이 정도는 저희가 소개해드린 적이 있는데, 개구리는 정말 신기하더라고요.

[앵커]
저도 낯설었었는데, 알고 보니까 사실 우리가 개구리를 실험동물로 특히, 이번에 쓰인 아프리카발톱개구리를 실험동물로 쓴 지 100년이 넘었다고 합니다.

그리고 아프리카발톱개구리의 경우 사람과 유전자 정보가 80% 정도 비슷하다고 하는데요.

개구리의 특성상 체외수정을 하고, 알이 투명해서 수정란의 세포분열 과정을 관찰하기가 굉장히 좋아서 실험동물로 인기가 많고요.

구체적으로는 수정란이 2개, 4개, 8개로 쪼개질 때, 각 부분을 볼 수 있고, 개구리의 어떤 장기가 어떻게 만들어지는지 이런 것들도 자세히 알고 있기 때문에 실험동물로 사용하기 용이하고요.

그래서 원하는 부분만 돌연변이를 만들면, 초기 발생단계부터 관찰하기 좋다고 합니다.

특히, 2016년에 아프리카발톱개구리의 유전체를 완전 해독하는 데 성공했어요.

4만여 개의 유전자 정보 확보한 상태라 개구리를 이용한 인간 질병 유전자를 찾거나 혹은 신약 개발에 활발히 활용될 수 있을 것으로 기대되는 실험동물이기도 합니다.

[앵커]
개구리가 점프를 잘해서 관절염과 관련이 있을 것 같다는 생각이 드는데, 어떤 부위를 활용한 건가요?

[기자]
개구리라고 하면 점프니까 다리부터 생각해서 관절을 생각할 수도 있긴 하지만, 실제로 연구진은 아프리카발톱개구리의 머리뼈 형성과정을 살펴보면서 손상된 연골을 재생할 방법을 찾았다고 합니다.

[앵커]
머리뼈와 관절에서 연관성을 찾았다는 건데, 어떤 연관성이 있나요?

선뜻 이해되지 않는데요?

[기자]
개구리의 머리뼈는 처음부터 단단한 뼈로 태어나는 게 아니라 약간 물렁하다가 점점 단단하게 굳어진다고 해요.

우리가 알고 있는 연골도 물렁뼈의 일종이니까 아주 단단한 뼈는 아니잖아요.

그래서 연골이 먼저 만들어진 뒤에 딱딱하게 만들어지니까 앞서 이야기했던 것처럼 개구리는 머리뼈 형성 과정을 외부에서 쉽게 볼 수 있잖아요, 투명하기 때문에요.

그리고 구조도 단순해 어떤 유전자가 어떻게 얼굴 형성, 그러니까 얼굴 뼈 형성에 관여하는지 찾기 쉬웠다고 합니다.

그래서 개구리 머리뼈를 만드는 연골의 형성 원리가, 사람의 관절 사이에 존재하는 연골 형성과 관계가 같다는 걸 찾아낸 거죠.

[앵커]
그럼 공통적으로 어떤 원리로 형성되는 건가요?

[기자]
좀 더 자세히 설명해 드리면요, 원래 연골 자체는 한번 만들어지고 나면 손상 후 재생이 어렵고, 만들어지는 과정도 사실 굉장히 길고 오래 걸리기 때문에 치료가 어려웠거든요.

처음 연골이 만들어질 때를 살펴보니까 세포 표면에 있는 '인테그린'이라는 단백질이 있습니다.

이 '인테그린'이라는 단백질이 분비하며 연골 생성을 돕게 되는데요.

시간이 지나면 인테그린이 변형해서, 그러니까 180도 바뀌어서 연골을 계속 분해하고 공격해서 염증반응을 일으킨다고 합니다.

그래서 관절염이 생기는 거죠.

그러니까 적정한 시점에 인테그린이 줄어들어야 하는데, 그게 잘 안되면 관절염이 생기는 겁니다.

UNIST 연구진이 세계 최초로 발견한 게 바로 적정한 시점에 인테그린을 줄여 염증 악순환을 끊어주는 '인테그린 베타 라이크 원'이라는 새로운 유전자를 만들어낸 겁니다.

이 유전자는 연골 손상을 억제하는 것은 물론 재생까지 도와준다는 사실을 알아냈거든요.

그리고 이 내용 자체가 개구리에서만 적용되는 것이 아니라 사람 세포, 쥐에서도 똑같이 적용된다는 사실까지 확인했습니다.

연구진은 사실 치료제 개발 가능성도 충분히 높다고 보고 있어요.

[앵커]
사람 세포에도 적용이 됐으니까요,

그러니까 인테그린이 과유불급이네요.

연골생성을 돕기는 하지만, 적절한 시점에 줄여줘야 하는 게 핵심인데, 이를 바탕으로 만든 치료제, 기존 치료제와는 어떤 점 다른가요?

[기자]
우선 시중에 나온 치료제는 사실 염증을 억제해주고 있고요.

연골 재생까지는 어려운 상황입니다.

그런데 이번 연구 결과를 바탕으로 치료제를 만들게 되면 이 유전자가 염증 반응도 줄여주고 재생도 도우니까 일석이조의 효과를 볼 수 있을 것으로 기대하고 있고요.

또, 연구진은 이번에 발견한 유전자가 세포 안이 아니라 세포 밖에서 작용하기 때문에 치료제로서의 가능성이 크다고 이야기했는데요.

이 부분에 대해서는 연구진의 설명을 직접 들어보겠습니다.

[박태주 / UNIST 생명과학부 교수 : (ITGBL1가) 분비 단백질이라는 말은 이 단백질이 세포 밖으로 분비가 돼서 세포 외부에서 작용한다는 말이거든요. 그러니까 어떤 약물을 처리했을 때 세포 안까지 들어갈 필요가 없다는 겁니다. 밖에서 만들어서 (치료제를) 처리해도 충분히 그 효과를 볼 수 있다는 게 가장 큰 장점이고요. 지금까지의 인테그린을 저해하려는 저해제들은 대부분 한두 타입만 막을 수 있는데요. ITGBL1은 분자의 활성을 저해하는 범위가 상당히 넓은 것 같습니다. 그래서 조금 더 효과적이지 않나 생각을 합니다.]

[앵커]
그럼 이 효과적인 치료제의 상용화 시점은 언제로 볼 수 있을까요?

[기자]
우선 개구리 실험을 했고, 쥐 실험까지 했지만, 이제 치료제가 되려면 조금 더 큰 양이나 돼지와 같은 큰 동물 실험도 필요하다고 합니다.

그래서 실제 사람으로 넘어가기 전 임상 단계가 3~4년 정도 걸릴 것으로 보고 있고요.

그 이후에 사람을 상대로 하는 임상시험도 4~5년 정도 걸릴 것으로 예상하고, 연구진은 이번에 개발하기 위한 세포 치료제와 관련한 것들을 제대로 하기 위해서 벤처 회사도 창업해서 치료제 개발에도 적극적으로 나설 계획이라고 밝혔습니다.

[앵커]
사실 저희 어머니도 손목 관절이 아파서 고민이신데, 하루빨리 효과가 입증돼서 상용화되길 기대해보겠습니다.

그럼 다음 소식으로 넘어가 볼까요?

[기자]
확실히 12월이 되니까 추워졌다는 느낌, 많이 드시죠?

[앵커]
네, 정말 추워졌어요.

[기자]
이렇게 추운 날씨에 바깥 활동을 하면 꼭 빼놓지 않고 챙겨서 나오는 것들이 혹시 있으신가요?

[앵커]
저는 개인적으로 군대에 갔다 와서 그런지 히트텍을 꼭 입어요. 그걸 입으면 좀 괜찮더라고요.

[앵커]
저는 장갑을 늘 챙겨 다니는 데, 오늘 느낀 게 귀마개가 있어야겠다고 생각했어요.

[기자]
각종 방한용품을 많이 챙기시잖아요. 저 같은 경우에도 야외에서 취재하게 되면 핫팩을 꼭 챙기는 편이거든요.

혹시 이런 핫팩이 어떻게 따뜻해지고, 어떻게 이렇게 따뜻함을 오래 유지하는지 알고 계시는가요?

[앵커]
핫팩 같은 경우에는 개봉하고 공기에 노출되면…, 뭔가 원리가 있습니다. 이제 설명해주실 거예요.

[기자]
네, 가장 많이 쓰는 가루형, 흔들어서 쓰는, 발열하는 핫팩부터 먼저 살펴보면요.

핫팩 속에는 몇 가지 가루가 섞여 있는데, 철 가루와 활성탄, 소금, 톱밥 등으로 이뤄져 있는데요.

[앵커]
여러 가지가 있네요.

[기자]
핫팩을 흔들면 안에 있는 가루가 섞이고, 외부에서 공기가 들어와 산화 반응이 일어나면서 열이 발생합니다.

그런데 실제로 열을 내는 반응이 철 가루와 산소와 만나 발생하는 산화 반응인데, 핫팩을 뜯자마자 공기와 만나 산화 반응이 일어나기는 해요.

그런데 철에 일어나는 산화 반응이라는 게 녹슨 철 같은 것도 산화 반응인데, 그걸 만진다고 해서 뜨겁지는 않잖아요.

그럼 결국 철의 산화 반응은 굉장히 느리게 일어나기 때문에 열 발생을 느끼기가 어려운 건데, 핫팩 안에는 아까 말씀드린 소금이나 활성탄처럼 촉매제 역할을 하는 가루가 같이 들어갑니다.

그러면 촉매제가 반응 속도를 확 높여주면서 1~2분 안에 발열하게 되는 거고요.

이때 발열이 최대 70도까지 한 번에 엄청나게 뜨거워지는 거로 알려져 있습니다.

그리고 요즘에는 8시간, 12시간씩 뜨거움이 유지되는 핫팩도 나오는데, 이런 경우 톱밥과 같은 단열재 역할이 가루 안에 많이 들어가 있으면 굉장히 오랫동안 따뜻함을 유지하는 핫팩이 만들어지게 됩니다.

[앵커]
그런 원리가 있었군요. 근데 요즘에는 가루형 핫팩 말고도 USB로 충전하는 핫팩이나 전자레인지에 돌리는 핫팩도 나오더라고요.

[기자]
맞습니다. USB 충전식은 당연히 전기를 통해서 열을 발생하는 거니깐 원리 자체가 특별하지는 않고 배터리로 간단하게 충전해서 쓸 수는 있는데 매번 충전해야 하니깐 번거롭고 배터리 용량에 따라 시간도 다르죠.

그리고 전자레인지로 사용하는 방식은 콩과 같은 곡물이 들어있어서 안에서 열을 유지하는 방식인데요.

이런 천연 핫팩 중에서 집에서 쉽게 만들 수 있는 게 있어서 제가 한가지 가져왔습니다.

바로 귤껍질을 이용한 핫팩인데, 귤을 먹고 남은 껍질을 랩으로 감싼 뒤 구멍을 몇 개 뚫어줍니다. 이렇게요.

그다음에 전자레인지에 30초, 기계에 따라서 1분 정도 돌리게 되면 굉장히 따뜻한 지금 보시면 40~50도 가까이 올라가는 걸 볼 수 있고요.

[앵커]
꽤 따뜻해지네요.

[기자]
이렇게 되는 과정에는 귤껍질에 물 분자가 들어있어요. 조금씩 수분이 있잖아요. 그러면 전자레인지에 의해서 물 분자가 진동하게 되고, 이 과정에서 열이 발생하게 됩니다.

귤껍질 속 고분자 섬유소가 열전도도가 매우 낮아 열이 쉽게 외부로 빠져나가지 않는 성질을 가지고 있습니다.

그러니깐 아까 앞서 얘기했던 가루형 핫팩에서 단열재 역할을 하게 돼서 아주 오래는 아니지만 한 시간 정도 따뜻함을 유지하는 천연 핫팩으로 사용할 수 있습니다.

[앵커]
집에 귤껍질 되게 많은데 급할 때 해봐야겠어요. 그리고 너무 춥고 주말에 더 추워진다고 하는데 이제 슬슬 핫팩을 구비해야 할 것 같은 생각이 듭니다.

오늘 말씀 고맙습니다.
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