언론보도 [사이언스] 줄기세포 기반 `3D프린팅 패치`로 손상된 심장 기능 개선 길 열었다
페이지 정보
본문
국내 연구진 국제학술지 게재
심근경색 부위 혈관 재생 효과
한번에 많은 줄기세포 이식가능
오랜시간 병변 부위에 잔류시켜
심근세포 보호·생존효과 높여
한국과 홍콩 공동 연구진이 줄기세포를 기반으로 3D 프린팅 심장패치를 개발했다. 손상된 심장 근육 부위에 패치를 붙이면 일반적인 방식으로 줄기세포를 이식했을 때보다 체내에서 더 오래 생존할 수 있어 치료 효과를 높일 수 있을 것으로 기대를 모은다.
박훈준 가톨릭대 의대 교수와 장진아 포스텍 창의IT융합공학과 교수, 반기원 홍콩시립대 의생명과학과 교수 등 공동 연구진은 최근 골수에서 채취한 성체줄기세포인 중간엽 줄기세포와 심장의 세포외기질을 혼합한 바이오 잉크로 3D 프린팅 심장패치를 개발했다. 세포외기질은 세포 밖에 존재하지만 세포와 밀접하게 연관된 콜라겐, 당단백질, 성장인자 등 고분자들을 의미한다. 연구 결과는 국제학술지 `사이언스 어드밴시스` 3월 25일자에 게재됐다.
연구진은 3D 프린팅 심장패치를 중증 허혈성 심장질환을 앓도록 만든 쥐의 심외막(심장 근육 바깥을 감싸고 있는 얇은 막)에 이식해 심장 기능 개선 효과도 확인했다. 논문 제1 저자인 박봉우 가톨릭대 의대 박사과정 연구원은 "심장패치 이식 후 8주간 심초음파와 조직학적 관찰을 수행한 결과 생체 내에서 장기간 안정적으로 자리를 잡은 중간엽 줄기세포는 심근경색 부위에 신생 혈관 재생을 촉진하는 것으로 나타났다"며 "결과적으로 심근세포의 생존·보호 효과를 높이고 심근 내 섬유화를 감소시켜 유의미한 심장 기능 개선으로 이어졌다"고 설명했다.
연구진은 돼지 심장에서 유래한 세포외기질에 중간엽 줄기세포를 혼합한 바이오 잉크를 이용해 3D 바이오 프린터로 심장패치를 인쇄했다. 특히 바이오잉크에는 중간엽 줄기세포뿐만 아니라 줄기세포의 세포 재생 효과를 극대화해 줄 수 있도록 연구진이 특별히 고안해낸 `엔지니어드 중간엽 줄기세포(HGF-eMSC)`도 함께 배합했다.
HGF-eMSC는 심장패치로 체내에 이식된 중간엽 줄기세포가 세포 성장인자를 지속적으로 생산하도록 유전자 변형을 일으킨 것이다. 함께 이식된 중간엽 줄기세포들이 HGF-eMSC가 내뿜는 성장인자에 노출되면서 체내에서 계속 자극을 받아 새로운 세포를 왕성하게 생성할 수 있게 된다는 게 연구진의 설명이다. 연구진은 이런 방식의 치료법을 `생체 내 프라이밍`이라고 이름붙였다. 얇은 원 형태로 지름이 약 7㎜ 수준인 심장패치 하나에는 중간엽 줄기세포와 HGF-eMSC가 50만개씩 들어갔다.
중증 허혈성 심장질환은 혈관을 개통해주는 혈관조형술이나 약물 치료에도 불구하고 5년 생존율이 50%에 못 미칠 정도로 치명적이다. 특히 중증 말기 심부전 환자는 오랜 시간 장기 기증을 기다려야 하는 심장 이식이나 높은 비용이 요구되는 심실 보조장치 외에는 치료법이 없는 실정이다.
이에 최근 전 세계적으로 성체줄기세포를 이용한 심혈관 질환 치료법 연구가 진행되고 있긴 하지만, 지속적으로 강하게 박동하는 장기 특성상 줄기세포의 잔존 효율이 떨어지는 한계가 있었다.
반면 연구진이 개발한 3D 프린팅 심장패치를 활용하면 한 번에 많은 양의 줄기세포를 이식할 수 있는 것은 물론이고 줄기세포가 오랜 시간 병변 부위에 잔존해 있을 수 있다. 또 HGF-eMSC가 생산하는 성장인자 덕분에 이식 후에도 체내에서 지속적인 자극을 받기 때문에 같은 양의 중간엽 줄기세포로 더 많은 양의 세포를 공급할 수 있다.
장 교수는 "이번에 개발한 심장패치와 HGF-eMSC를 활용하면 이미 식품의약품안전처와 미국 식품의약국(FDA) 등에서 임상 승인을 받은 성체줄기세포 기능을 강화할 수 있을 것"으로 기대했다.
[송경은 기자]
- 이전글동영상 강의 속 수업 자료 캡처, 목소리를 자막으로 자동 변환 21.04.28