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미래에는 치아에 생긴 구멍을 메우는 충전제(filling)가 필요 없을지도 모르겠다. 착한 치의학자들이 충치를 재생하는 치료법을 개발하셨다니 말이다. 새로운 치료법은 치아 중심부의 부드러운 치수(pulp)에 상주하는 줄기세포를 활성화시킴으로써, 치아의 자가치유 능력을 증강시킨다고 한다.
치아의 자가치유 메커니즘은 일반적으로 상아질(dentine: 표면의 에나멜질 밑에 존재하는 단단한 덩어리; 참고 1)에 생긴 작은 균열과 구멍을 수리하는 데 국한된다. 그러나 이제 과학자들은 "한 알츠하이머병 치료제가 치아 자신의 세포로 하여금 (표면에서 치근으로 확장된) 충치를 재건하도록 해줌으로써, 치아의 자가치료 과정을 증강시킬 수 있다"는 사실을 입증했다.
"지구상에 사는 거의 모든 사람들의 치아는 언젠가 한번쯤은 썩기 마련이다. 그리하여 서민들이 평생 동안 치과에 갖다 바치는 돈과 시간은 어마어마하다. 그러나 우리는 매우 간단하고 신속하고 저렴한 방법을 개발하려고 부단히 노력해 왔다"라고 이번 연구를 지휘한 킹스칼리지런던의 폴 샤프 교수(치의학연구소)는 말했다.
샤프 교수가 이끄는 연구진은 마우스를 대상으로 한 실험에서 치아의 결함을 (약물이 충전된) 생분해성 스펀지로 채우고 결과를 지켜봤다. 그랬더니 놀라운 현상이 일어났다. 치아가 점차 재건되는 것이 아닌가!
"치아 자체의 상아질을 복구한다는 것은 매우 바람직하다. 왜냐하면 전통적인 충전제에 사용되는 치과용 접착제(dental cement)는 치아를 약화시킴으로써 미래의 감염에 취약하게 만들어, 치아의 침식이나 탈락이 불가피하기 때문이다. 그러다 보니 대형 충치의 경우, 여러 번 치료를 받은 후 궁극적으로 치아를 뽑게 되기 십상이다. 그러나 이번에 개발된 치료법은 치아의 자연적인 복구를 촉진함으로써 이 같은 문제점을 해소했다"라고 연구진은 설명했다.
"치아를 그저 단순한 '광물질의 덩어리'라고 생각하면 오산이다. 치아에는 자체적인 생리학이 존재한다"라고 샤프 교수는 말했다. "현재 치과의사들은 살아있는 조직을 활성이 없는 접착제로 교체하고 있다. 충전제는 효과가 좋지만, 만약 치아로 하여금 자체적으로 복구되게 할 수 있다면 그보다 더 좋은 것은 없다. 치아의 활력을 모두 복구할 수 있기 때문이다."
그러나 이번에 개발된 치료법이 치과에서 드릴을 완전히 몰아내지는 못할 것 같다. 왜냐하면, 아무리 치아의 자가치료가 가능하다고 해도 기존에 썩은 부분만큼은 도려내야 하기 때문이다. "여러분 죄송합니다. 치과의사들은 여전히 당신의 입 속에 드릴을 들이댈 것입니다. 유감스럽게도, 공포의 치과용 드릴을 완전히 없앨 수는 없습니다"라고 샤프 교수는 말했다.
이번에 개발된 치료법은 티데글루십(tideglusib)이라는 약물에 의존한다. 티데글루십은 알츠하이머병의 잠재적 치료제로 평가받아 왔으며 임상적으로 사용해도 안전한 것으로 알려져 있다.
샤프 교수가 이끄는 연구진은 선행연구에서, "티데글루십이 치아 중심부의 줄기세포를 자극하여 상아질모세포(odontoblast)로 분화시키고 상아질의 생성량을 증가시켜, 치아결손 과정을 역전시킨다"고 발표했다. "우리는 이번 연구에서 좀 더 많은 상아질모세포를 좀 더 빨리 확보했으며, 그 세포들의 활성을 더욱 증가시켰다"라고 샤프 교수는 말했다.
1월 9일 《Scientific Reports》에 기고한 논문에 따르면(참고 2), 연구진은 마우스의 치아에 드릴로 구멍을 뚫고 티데글루십이 충전된 생분해성 콜라겐 스펀지를 삽입한 다음 치과용 접착제로 봉(封)했다. (콜라겐 스펀지는 상업적으로 유통되고 있으며, 임상적 사용을 승인받았다.) 그로부터 몇 주 후 마우스의 치아를 검사해보니, 스펀지는 분해되고 새로운 상아질로 교체되어 있었다. 연구진에 의하면, 새로 생겨난 상아질은 전통적 치과치료의 요구사항을 모두 충족시켰다고 한다.
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【참고】 티데글루십(GSK-3 저해제)은 손상된 치아조직을 어떻게 복구하는가?
「Wnt/β-cat 신호전달」은 조직이 손상된 직후에 나타나는 초기반응으로, 모든 조직의 세포기반 복구(cellular-based repair)를 촉진하는 데 필수적인 것으로 보인다. 액신2(Axin 2)는 이 반응의 음성조절자(negative regulator)로서, 이 반응경로의 하류(downstream)에 존재하는 표적이기도 하다.
세포질 내에서 「Wnt/β-cat 신호전달」에 관여하는 핵심요소는 GSK-3(glycogen synthase kinase 3)라는 효소인데, Wnt의 리간드와 수용체가 결합하지 않은 상태에서 베타카테닌(β-catenin)과 액신을 인산화(phosphorylation)함으로써 유비퀴틴화(ubiquitination)와 붕괴(degradation)를 초래한다.
GSK-3의 활성은 Wnt 리간드가 존재할 때 저해되는데, 이때 베타카테닌은 핵 속으로 들어가 Lef/Tcf 전사인자(transcription factor)와 상호작용을 통해 모든 표적유전자를 조절하고, 이 표적유전자 중에는 액신2도 포함된다.
연구진은 치아손상에 이어 액신2의 발현과 「Wnt/β-cat 신호전달」이 상향조절되는 것을 확인한 후, "Wnt 신호전달의 작용제(agonist)를 추가하면 상아질의 수복형성(reparative formation)을 자극함으로써, '충치 제거로 인한 상아질 상실'을 '자연스럽게 생성된 상아질'로 대체할 수 있을 것"이라고 추론했다.
지금껏 GSK-3를 저해하는 수많은 소분자들이 개발되어, 다양한 실험환경에서 Wnt 활성을 효과적으로 상향조절하는 것으로 입증되었다. 그중 하나는 티데글루십(Tideglusib)인데, 알츠하이머병과 같은 신경학적 장애를 치료하기 위한 임상시험에서 Wnt의 활성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
연구진은 이번 연구에서, 마우스의 치수(pulp)를 인위적으로 손상시킨 후, 티데글루십*, BIO**, CHIR99021***이 3차 상아질(tertiary dentine)의 생성을 촉진하는 능력을 테스트했다. 연구진이 약물 전달체로 사용한 것은 콜스폰(Kolspon)인데, 상업적으로 판매되며 임상적 사용이 승인된 콜라겐 스폰지다.
* 티데글루십: 4-Benzyl-2-(naphthalen-1-yl)-[1,2,4]thiadiazolidine-3,5-dione
** BIO: (2′Z,3′E)-6-Bromoindirubin-3′-oxime
*** CHIR99021: 6-[[2-[[4-(2,4-Dichlorophenyl)-5-(5-methyl-1H-imidazol-2-yl)-2 pyrimidinyl]amino]ethyl]amino]-3-pyridinecarbonitrile
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연구진의 향후 과제는, 새로운 치료법의 규모를 확장하여 인간의 치아에 적용하는 것이다. 왜냐하면 인간의 충치는 마우스보다 훨씬 더 클 수 있기 때문이다. 연구진은 (마우스보다 치아가 약 네 배 큰) 랫트를 대상으로 동일한 실험을 반복하고 있는데, 이것이 성공한다면 올해 말 첫 번째 임상시험을 실시할 예정이다.
"최근 살아있는 치아조직을 보존하는 것의 중요성이 강조되고 있다. 치과의사는 모름지기 구멍 뚫기와 메우기만 해서는 안 되며, 치아를 건강하게 유지시키는 일도 해야 한다. 이번에 개발된 치료법은 편리하고 저렴하므로 임상에 적용되기에 안성맞춤이다"라고 버밍엄 대학교의 벤 셰븐 박사(세포생물학)는 논평했다.
"임상적 관점에서 볼 때, 최고의 치과재료는 천연 치아조직이다. 따라서 나는 대부분의 치과의사들이 이 치료방법을 지지할 거라고 확신한다"라고 허트포트셔에서 치과를 개업하고 있는 위니 웡은 말했다. "대부분의 환자들은 충치 제거에 대해 트라우마를 갖고 있다. 그러므로 이번에 개발된 치료법은 환자들에게 큰 환영을 받을 걸로 기대된다"라고 그녀는 덧붙였다.
※ 참고문헌:
1. http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1109879&cid=40942&categoryId=32319
2. Paul T. Sharpe et al., "Promotion of natural tooth repair by small molecule GSK3 antagonists", Scientific reports (2017); http://www.nature.com/articles/srep39654
※ 출처: https://www.theguardian.com/science/2017/jan/09/decline-of-the-dentists-drill-drug-helps-rotten-teeth-regenerate-trial-shows |
양병찬 
