줄기세포로 중증하지허혈 치료한다

KIST, 3차원 줄기세포 중증하지허혈 치료제 개발
콜라겐 마이크로젤로 줄기세포를 감싸 생존률 향상
쥐 실험서 혈류 40%↑, 근육·혈관 재생 비율 60%↑

생쥐 중증하지허혈 모델에서 마이크로젤-세포 자기조립화 줄기세포치료제가 대조군, 마이크로젤 단독, 마이크로젤-세포 단순혼합, 세포단독 응집체 대비 더욱 높은 혈류 흐름과 사지 보존 효과를 보여주고 있다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 김상헌 박사팀이 신소재 마이크로젤을 이용한 3차원 줄기세포 중증하지허혈 치료제를 개발했다. 중증하지허혈은 다리 부분의 혈관이 막혀 조직을 괴사시키고 최악의 경우 다리를 절단하는 상태까지 만든다.

실험용 쥐 근육조직에 마이크로젤-줄기세포 조직체 주입해 실험한 결과, 세포 단독 조직체 대비 혈액 흐름이 40% 증가했다. 또한 하지 근육 및 혈관 재생 비율은 60% 향상돼 혈류량과 허혈 부위의 괴사를 예방하는 효과가 나타났다.

김상헌 박사는 25일 "중증질환으로 치료수단이 부족한 환자들, 특히 하지절단 이외에 다른 대안이 없는 환자들에게 제공할 수 있는 재생의료 기술"이라고 말했다. 또한 "유사한 기전을 가진 다른 질환에도 활용해 원천기술로서의 응용 범위가 확장될 수 있다"고 덧붙였다.

중증하지허혈 치료법으로 스텐트 삽입과 같은 혈관성형술이나 혈전 방지 약물을 사용하지만, 혈관 손상이나 혈전 재발의 위험이 있다. 연구진은 줄기세포를 이용해 혈관조직을 재생하는 방향으로 초점을 맞췄다.

줄기세포 치료제는 높은 조직 재생 능력을 지니고 있지만, 줄기세포를 단독으로 이식할 때 유발되는 손상 부위의 저산소증, 면역반응 등으로 인해 세포 생존율이 저하돼 원하는 치료 효과를 얻을 수 없게 된다. 따라서 줄기세포 치료제의 세포 생존율을 높이기 위해서는 생분해성 고분자나 세포외 기질의 성분을 지지체로 사용해 줄기세포를 전달하는 소재 개발이 필요했다.

연구진은 콜라겐 하이드로젤을 마이크로 단위의 크기로 가공해 체내 이식이 쉽고 균일한 세포분포도를 갖는 다공성의 3차원 조직체를 만들었다. 세포외 기질의 구성성분인 콜라겐은 생체적합성과 세포 활성이 우수해 마이크로젤의 입자와 줄기세포 내 콜라겐 수용체 간 상호작용을 촉진함으로써 세포의 자기조립을 유도할 수 있다. 또한, 마이크로젤 입자 사이의 간격은 3차원 조직체의 기공률을 높여 약물 전달효율과 세포 생존율을 향상한다.

연구진이 개발한 마이크로젤-줄기세포 조직체는 세포만으로 구성된 조직체 대비 더 많은 혈관신생인자를 발현해 높은 혈관 재생 능력을 보였다. 중증하지허혈을 가진 실험용 쥐의 근육조직에 마이크로젤-줄기세포 조직체를 주입해 괴사 예방 효과를 봤다.

세포만으로 이뤄진 3차원 줄기세포 치료제보다 콜라겐 마이크로젤을 이용한 줄기세포 치료제가 더 쉽게 체내 이식할 수 있으며, 세포 생존율도 높였다.

김 박사는 "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.

한편, 연구진은 이번에 개발한 줄기세포 치료제를 국제학술지 '바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자