한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 김상헌 생체재료연구센터 박사팀이 신소재 마이크로젤을 이용한 줄기세포 자기조립화 플랫폼 기술로 3차원 줄기세포 중증하지허혈 치료제를 개발했다고 25일 밝혔다.
세포 친화적 신소재인 콜라겐 마이크로젤을 이용해 세포만으로 이뤄진 3차원 줄기세포 치료제 대비 체내 이식이 용이하고 세포 생존율도 높였다.
중증하지허혈은 다리에 혈액을 공급하는 주요 혈관이 막혀 발생하는 질환으로, 하지동맥 폐쇄를 유발해 조직을 괴사시켜 절단에 이르기도 한다. 기존 스텐트 삽입과 같은 혈관성형술이나 혈전 방지 약물은 혈관 손상이나 혈전 재발 위험이 있어 줄기세포를 활용한 치료법 개발에 관심이 높다.
다만 줄기세포 치료제는 단독으로 이식할 때 유발되는 손상 부위 저산소증, 면역반응 등으로 세포 생존율이 저하돼 원하는 치료 효과를 얻을 수 없게 된다.
따라서 줄기세포 치료제의 세포 생존율을 높이기 위해 생분해성 고분자나 세포외 기질(세포 주변 환경을 형성하는 세포 외부 물질) 성분을 지지체로 사용해 줄기세포를 전달하는 소재 개발이 필요했다.
연구팀은 콜라겐 하이드로젤을 마이크로 단위 크기로 가공해 체내 이식이 쉽고 균일한 세포분포도를 갖는 다공성 3차원 조직체를 만들었다.
세포외 기질 구성성분인 콜라겐은 생체적합성과 세포 활성이 우수해 마이크로젤 입자와 줄기세포 내 콜라겐 수용체 간 상호작용을 촉진함으로써 세포 자기조립을 유도할 수 있다.
연구팀이 개발한 마이크로젤-줄기세포 조직체는 세포만으로 구성된 조직체 대비 더 많은 혈관신생인자를 발현해 높은 혈관 재생 능력을 보였다.
중증하지허혈을 가진 실험용 쥐 근육조직에 마이크로젤-줄기세포 조직체를 주입한 결과, 세포 단독 조직체 대비 혈류 흐름은 약 40% 증가했고 하지 근육 및 혈관 재생 비율은 60% 높아져 혈류량과 허혈 부위의 괴사를 예방하는 효과를 확인할 수 있었다.
이번에 개발된 줄기세포 치료제는 탁월한 혈관 신생 효과를 보여 중증하지허혈 질환으로 절단 이외에는 다른 치료 방법이 제한적이었던 환자에게 새로운 대안으로 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
혈관신생은 다양한 조직 재생 과정에서 필수적인 요소이기 때문에 말초동맥질환과 유사한 기전을 가진 다른 질환으로도 확장 적용할 수 있다.
김상헌 박사는 “본 연구에서 개발된 콜라겐 마이크로젤은 생체적합성이 우수해 임상 등 실용화 가능성이 매우 높은 바이오 신소재”라며 “의료현장에서 요구하는 투여 방법에 대한 기술 개발, 그리고 치료제의 명확한 작용기전 규명 및 타겟인자 발굴 등 후속 연구를 추진할 계획”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
