고령화와 비만 등으로 관절염 환자가 꾸준하게 증가하고 있다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 2019년 전 세계 골관절염 환자는 약 5억 2800만 명으로, 1990년보다 113% 증가한 수치다. 골관절염은 가장 흔한 관절염 중 하나다. WHO는 고령화 사회로 인해 골관절염 유병률은 증가할 것으로 전망했다. 이러한 가운데 저강도 초음파가 관절염에 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 발표됐다.
저강도 초음파가 관절염 염증 유전자 줄인 원리
미국 앨라배마대학교 연구팀은 손상된 관절 환경을 모사한 염증성 대식세포에 저강도 초음파를 적용했을 때 염증 관련 유전자가 줄고 회복 관련 유전자가 늘어나는 변화를 확인했다는 연구 결과를 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’에 발표했다.
대식세포는 백혈구의 일종으로 면역 반응을 돕는다. 대식세포는 일반적인 면역 반응에서 M1과 M2로 나눌 수 있다. M1은 외부 병원체에 면역 반응을 일으켜 염증성 물질을 분비한다. M2는 면역억제성 물질을 분비하고 손상된 조직의 재생을 촉진한다.
일반적으로 신체는 부상 후 손상된 조직을 제거하기 위해 M1형 세포를 먼저 활성화한 후 M2형 대식세포를 늘린다. 이때, M1형 세포가 지속적으로 우세하면 골관절염을 유발하는 염증 환경이 조성될 수 있다.
연구팀은 조직 손상 과정에서 생성되는 피브로넥틴 조각을 활용해 실제 손상된 관절과 유사한 염증 환경을 구현했다. 그리고 저강도 초음파를 일정 시간 가한 후, qRT-PCR, 면역형광법 등을 이용해 유전자 변화를 분석했다.
그 결과 초음파를 받은 세포에서 IL1A, IL1B와 같은 대표적인 염증 유전자가 감소했고, IL10RA, CCL22와 같은 면역 조절과 관련된 유전자가 증가했다. 즉, 염증 관련 신호가 약해지고 회복과 조절에 관련된 신호가 강해진 것이다.
연구팀은 저강도 초음파가 단순히 세포의 염증 반응을 줄인 것이 아니라, 조직 회복을 돕는 방향으로 면역세포 기능이 바뀌었음을 시사한다고 밝혔다.
약물 넘어선 관절염 치료 가능성 제시
지금까지는 관절염 치료를 할 때 약물 중심의 접근이 많았다. 그러나 이번 연구 결과를 통해 초음파와 같은 물리적 자극도 면역세포의 반응을 조절할 수 있다는 것을 확인했다.
연구팀은 “외상 후 골관절염은 지속적인 염증으로 인해 조직 회복이 제한되고 관절 퇴행을 가속한다”며 “연속적인 저강도 초음파를 통해 약물을 사용하지 않고 손상된 관절에서 조직 회복에 유리한 환경을 만드는 데 도움을 줄 수 있다”고 밝혔다.
이어 “세포 수준에서 수행된 기초 연구인 만큼 사람에서 같은 효과가 나타나는지는 추가 검증이 필요하다”며 “앞으로 동물 모델을 이용해 초기 외상성 골관절염에서 같은 효과가 나타나는지 확인할 계획”이라고 전했다.
박연정 기자 / hello@sciencewave.kr
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