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[바이오토픽] 뼛속에 숨어있는 미세혈관 발견
의학약학 양병찬 (2019-01-28 09:36)

Trans-cortical vein canals(TCVs) move bone marrow cells and potentially facilitate the exchange of nutrients between the bone and the general circulation system
Trans-cortical vein canals(TCVs) move bone marrow cells and potentially facilitate the exchange of nutrients between the bone and the general circulation system. Credit: Nature

뼛속에 주입된 약물은 인체의 다른 부분에 신속하게 도달한다. 그걸 어떻게 아냐고? 요즘 TV에 자주 나오는 외상외과 의사들이 환자의 혈관에 접근할 수 없을 때, 환자의 정강이뼈에 직접 주사를 놓지 않는가! 그런데 뼈에 주입된 약물은 어떻게 골수를 벗어나 전신을 순환할까? 최근 독일의 과학자들이, 의사들도 모르는 그 비밀을 알아냈다.

우리는 지금부터 카메라의 도움을 받아 생쥐의 다리뼈 속을 여행할 것이다. 이 미세한 운하(canal)는 통상적으로 혈액이 골수를 드나드는 통로로 사용된다. 과학자들은 오랫동안 '뼈가 효율적인 혈관시스템을 보유하고 있어서, 골수 속의 면역세포로 하여금 전신순환계로 신속하게 이동할 수 있게 해준다'는 사실을 알고 있었다. 그러나 그들은 그 과정에서 핵심역할을 수행하는 수많은 미세혈관들을 간신히 들여다보는 수준을 벗어나지 못했다. 이제 카메라맨이 줌아웃함에 따라, 당신은 미세한 모세혈관의 입구와 출구를 표시하는 무수한 작은 구멍들을 볼 수 있을 것이다.

외상외과 의사들은 자세한 내용도 모르면서, 이 '빠르고 직접적인 수송시스템'을 수년 동안 이용해 왔다. 즉, 그들은 환자의 혈관에 신속히 접근할 수 없을 때, 환자의 다리뼈에 약물이나 액체를 직접 주입한다. 이 기법을 골내주입(intra-osseous infusion)이라고 하는데, 맨 처음 군(軍)에서 개발되어 전쟁터에서 사용되었다. 골내주입의 작용 메커니즘을 이해하기 위해, 과학자들은 투명화(clearing)라는 기법에 눈을 돌렸다. 투명화란 세포를 둘러싼 지질막을 씻어냄으로서 생체조직을 투명하게 만드는 방법을 말한다. 투명화는 지금까지 많은 기관(예: 심장)에 적용되어 왔지만, 뼈를 투명하게 만드는 것은 그보다 훨씬 더 까다로웠다.

그러나 최근 독일 뒤스부르크-에센 대학교의 연구팀이 그것을 해냈다(참고 1). 이 성냥개비만 한 생쥐의 뼈는 이래봬도 정강이뼈(tibia)다. 아니카 그뤼네봄이 이끄는 연구팀은 계피의 구성요소 중 하나인 신남산에틸(ethyl cinnamate)이라는 화합물을 이용하여, 불투명한 뼈를 유리처럼 만드는 데 성공했다. 단, 혈관만은 온전히 눈에 보이도록 남겨놓았다. 그런 다음 현미경을 이용하여 혈관을 자세히 관찰할 수 있었다.

그들은 (혈액이 골수를 드나드는 통로로 알려진) 큰 동맥과 정맥을 확실히 관찰할 수 있었다. 그러나 더욱 자세히 들여다보니, (골수와 외부를 직접 연결하는) 수백 개의 미세한 혈관들도 눈에 띄었다. 연구팀은 그것을 경피혈관(TCVs: trans-cortical vessels)이라고 명명했다.

연구팀은 한걸음 더 나아가, 호중구(neutrophil)를 노란색 염료로 염색함으로써, 그것(노란색 점)이 TCV를 경유하여 뼈를 드나드는 장면을 관찰할 수 있었다. 오랫동안 간과되었던 TCV는 뼈의 생리학에서 매우 중요한 역할을 수행하는 것으로 보인다. 실제로, 연구팀은 뼈를 드나드는 혈액의 대다수가 TCV를 경유한다는 사실을 확인했다.

그런데 TCV는 정강이뼈에서만 볼 수 있는 독특한 혈관이 아니다. 지금으로부터 몇 개월 전, 하버드 의대의 연구팀은 이와 유사한 미세통로(microscopic channel)를 기술했는데, 그것은 두개골을 통과하여 뇌의 표면에 직접 연결된다고 한다. 매우 흐릿하지만, 이 동영상을 보면, 면역세포가 그 통로를 통해 이동하는 것을 확인할 수 있다.

【참고】 두개골과 뇌막 사이 연결통로
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@ 한겨레신문(참고 2)

​하버드 의대의 나렌도르프가 이끄는 연구진은 뇌손상이나 뇌경색 때 뇌에 출현하는 호중구의 기원을 연구해 왔다. 연구 결과, 뇌 손상이나 뇌경색이 발생한 쥐의 뇌에 나타난 면역세포들이 주로 - 다리뼈가 아니라 - 두개골에서 만들어진 것으로 밝혀졌다. 그렇다면 두개골과 뇌막 사이에 미세한 통로가 존재한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현미경 관찰을 통해 그 면역세포들이 두개골 안쪽에서 뇌막으로 바로 이동한다는 사실을 알아냈고, 이동경로에 미세한 통로 구조가 존재한다는 것도 발견했다. 뇌경색 환자를 감압수술할 때 잘라낸 머리뼈 일부의 구조를 마이크로단층촬영 장비로 관찰한 결과도 같았다. 연구진은 "뇌 손상이나 뇌경색 때 뇌로 이동해 오는 염증성 면역세포들이, 긴급한 경우에는 - 팔다리뼈의 골수뿐만 아니라 - 두개골의 골수에서도 온다"는 결론을 내렸다.

※ 출처 Matthias Nahrendorf et al., “Direct vascular channels connect skull bone marrow and the brain surface enabling myeloid cell migration,” Nature Neuroscience Vol. 21, pp. 1209~1217 (2018); 참고 3

면역세포들의 이동(골수 → 국지적인 손상 및 질병 부위)  메커니즘을 이해하면, 염증성 뼈질환(예: 관절염)은 물론 뇌졸중을 치료하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 지금까지 수행된 연구는 생쥐 질병모델을 이용한 연구가 전부였다.

그러나 연구팀은 TCV가 인간이 뼈에도 흔히 존재할 거라고 생각하고 있다. 저자들 중 한 명은 그것을 확인하기 위해, 자기 자신의 다리를 MRI로 촬영했다. 이것은 그의 허벅지의 횡단면인데, 뼈에 초점을 맞춘 다음 줌인하면 미세한 구멍을 볼 수 있다. 그것은 쥐의 뼈에서 봤던 미세혈관의 입구와 비슷하다. 이것은 우리가 종전에 간과했던 혈관통로망(network of blood channel)이 존재한다는 증거로, 의학연구의 새로운 길을 열어준다.

※ 참고문헌
1. https://www.nature.com/articles/s42255-018-0016-5
2. http://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/861366.html
3. https://www.nature.com/articles/s41593-018-0213-2

※ 출처: Microscopy and Analysis https://microscopy-analysis.com/editorials/editorial-listings/new-type-blood-vessel-discovered-bone

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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  댓글 2
회원작성글 SnakeDoctor  (2019-01-30 10:38)
설치류와 사람은 피질골의 구조가 다르고 사람에서는 haversian canal, volkmann's canal이 밝혀져 있으며 나이가 들면 periosteum에서의 blood supply가 더 중요하다는 보고도 있는데 무엇이 숨겨져 있었다는 것인지 잘 모르겠네요. 제가 논문을 이해를 잘 못한것인건지 아니면 reviewer나 editor가 뼈에 대해서는 잘 모르는데 새로운 발견이라고 좋아보이는 새로운 테크닉을 이용한 것이라 게재된 것인지 이해가 되질 않습니다.
회원작성글 포켓유  (2019-02-04 16:37)
SnakeDoctor//'Given the limited knowledge about the way in which blood enters and leaves long bones'라는 문장이 있는 것으로 봐서는 뼈에서의 혈액이 전신순환에 참여하는 과정에 대해 명확히 밝혀낼수 있는 새로운 기술인 것으로 보이고, 단순히 뼈 안의 혈액의 흐름에 대해 알 수 있는 기술만으로도 다른 이용가치가 있을것으로 생각되네요.
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