가톨릭의과대학 의생명과학교실 전흥재 교수(세포조직공학연구소장)가 가톨릭중앙의료원 산하 임상연구팀들과 다학제적 연구를 통해 ‘심장 조직 재생을 위한 패치’를 개발했다고 17일 밝혔다.
허혈성 심질환은 심근세포 자가재생능력 결여 때문에 발행하는데 최근 약물 및 첨단 의료기술 발전에도 불구하고 전 세계적으로 가장 큰 사망원인으로 인식되고 있다.
손상된 심근 복구를 위해 대체 공급원 마련을 위한 줄기세포를 이용한 무수한 기초 및 임상시험 등이 지난 20여 년 간 이뤄졌다.
하지만 심장의 경우 이식된 줄기세포의 생착률이 불과 5~10%로 낮고, 이식된 줄기세포조차도 산소와 영양분의 공급 부족으로 인해 생존율이 매우 낮아 세포 치료제 효율성은 현저히 떨어진다.
이러한 문제를 해결하기 위해 스캐폴드를 사용한 심장 조직 재생의학이 새로운 전략으로 등장했다. 지금까지 나노섬유를 이용하여 제조된 패치형 스캐폴드가 각광을 받고 있었지만, 이 또한 줄기세포가 삼차원 조직체계로 발전하는데 필요한 세포의 이동을 어렵게 한다는 한계를 지니고 있었다.
전흥재 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 천연 세포외기질 구성분인 콜라겐 나노섬유와 수술용으로 널리 사용되는 합성 마이크로섬유로 구성된 새로운 패치형 바이모달 (bi-modal) 스캐폴드를 개발했다.
바이모달 패치의 심장조직공학제제로서 실현 가능성을 응급의학과(여의도성모병원 위정희 교수), 순환기내과(성빈센트병원 유기동 교수), 흉부외과(부천성모병원 심성보 교수) 임상 연구진들이 검토했다.
전흥재 교수 연구팀이 개발한 바이모달 전기방사 스캐폴드는 콜라겐과 Poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (Col/PLGA)로 구성된 나노/마이크로 두 가지 형태의 복합 섬유 패치이다.
이들은 독립적인 노즐 제어 다중 전기방사 장치를 사용, 제작됐으며 줄기세포 함유 심장 패치로 실현 가능성을 체계적으로 조사했다.
Col/PLGA 패치의 나노/마이크로 바이모달 분포는 4~6% 콜라겐 농도 범위에서 나타났으며, 콜라겐의 약한 기계적 성질과 PLGA 소수성 성질은 공동 전기방사에 의해 개선됐다.
나노 입자 및 GFP(녹색형광단백질)가 표지된 BMSC를 추적한 결과는 Col/PLGA가 장기간 줄기 세포 보유 능력을 보유해 줄기 세포가 심근 및 혈관 내피세포로 직접 기능하거나 회복 인자를 분비할 수 있음을 뒷받침했다.
이처럼 BMSC를 사용한 시험관 내 실험에서 바이모달 패치는 세포 적합성 및 증식 능력 향상을 보였다.
동물실험에서 나노입자 표지 및 GFP를 이용한 줄기세포 추적 결과, 바이모달 패치는 4주 이상 장기간 줄기세포 생착 능력이 나타났다.
또한 이식된 줄기세포가 심근 및 혈관 내피세포로 직접 기능하거나 회복 인자를 분비할 수 있음을 뒷받침했다. 이를 통해 조직학적 및 심초음파 소견으로 심장 기능 개선이 입증됐다.
전흥재 교수는 “이번 연구는 공학, 기초 및 임상의학이 접목된 다학제적 과제이고 그 결과를 도출하는데 어려움이 있었으나 연구진들의 적극적인 참여로 좋은 결과를 얻을 수 있었다”고 밝혔다.
이어 “이번 연구 후속으로 진행 중인 대동물 및 CT 등의 영상의학 결과가 포함된 보다 실용화에 가까운 연구 결과를 가까운 시일 내 발표할 것”이라고 덧붙였다.
임수민 기자 (
