두현명 고려대 구로병원 의생명연구센터 교수팀이 나노패턴 깍지형 전극 배열(nanoIEA) 기반 임피던스 측정을 활용한 인간 뇌 내 혈관 내피세포 장벽 기능의 실시간 측정을 통해 내피 관련 질환 및 질병 치료약물 효능을 확인할 수 있는 분석법을 개발했다.

두현명 교수 연구팀과 미국 존스홉킨스 대학 김덕호 교수 연구팀이 공동으로 진행한 이번 연구는 이온 특성을 가져 연료전지와 배터리에 쓰이는 나피온을 사용해 배양접시를 나노 패턴 깍지형 표면으로 만들어 생체모방적 환경을 묘사하고, 인간 뇌 내 혈관 세포들이 패턴 방향에 따라 정렬되도록 유도했다. 이후 정렬된 혈관 내피세포들의 장벽 기능을 실시간 측정했으며 이를 밀착연접 및 부착연접과 관련된 유전자 및 단백질 증가 확인을 통해 검증했다. 

연구결과 폴리(L-DOPA)로 코팅된 나피온 나노 패턴과 전극을 활용하여 생체를 모사하는 정렬된 내피 세포를 만들어내고, 더 견고한 세포 간 접착을 통해 이들의 향상된 장벽 기능을 실시간으로 확인할 수 있었다. 

두현명 교수는 “이번 연구는 배터리 전위막에 사용된 나피온 물질을 바이오쪽에 적용한 연구로 체외 생체묘사 세포 배양 기술 분야 및 세포 기능 측정에서의 중요한 발전을 이뤘다고 생각한다. 특히 인간 뇌 내 혈관 내피세포를 배양하고 웨스턴 블랏을 통한 단백질 정량 및 세포의 면역형광염색을 통한 공초점 현미경 이미지 등 다양한 분자생물학적 실험 결과들을 얻을 수 있었는데 이러한 연구를 가능했던 이유는 구로병원의 우수한 정밀재생 플랫폼(세포배양실)의 지원을 받아 가능했다”며 “앞으로도 지속적인 체외 세포 배양 기술 분야 연구를 통해 다양한 내피 관련 질환 및 질병을 치료할 수 있는 방안을 찾을 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구는 고려대 구로병원 중점연구 정밀재생 플랫폼의 연구 지원을 통해 진행됐으며 제약과학·의생명공학·생체재료 관련 유명 해외 학술지인 ‘Advanced Healthcare Materials (IF 11.092)’에 ‘NanoIEA: A Nanopatterned Interdigitated Electrode Array-based Impedance Assay for Real-time Measurement of Aligned Endothelial Cell Barrier Functions’라는 제목으로 게재됐다. 

박형열 가톨릭대 은평성모병원 정형외과 교수, 김영훈 서울성모병원 정형외과 교수 (왼쪽부터)

척추 골절의 수술적 치료 과정에서 골절 부위에 골형성 단백질을 주입하면 뼈가 재생되는 골유합 과정이 촉진된다는 사실을 국내 의료진이 처음으로 입증했다.

박형열 가톨릭대 은평성모병원 정형외과 교수(교신저자), 김영훈 서울성모병원 정형외과 교수(제1저자) 연구팀은 척추 골절로 인한 신경학적 증상이 있거나 불안정성 척추 골절로 수술이 필요한 10명의 환자에게 골형성 단백질(Bone Morphogenetic Protein-2)을 주입하는 척추 유합술을 시행하고, 골유합 기간, 방사선학적 지표, 임상 결과를 추적 관찰했다.

연구팀이 수술 대상 환자들의 예후를 1년 이상 관찰한 결과, 환자들의 척추 골절 평균 유합 기간은 99.9일이었으며, 수술 후 척추 압박이나 후만의 교정 상태가 관찰기간동안 유지되는 것을 확인했다. 요통과 장애 지수가 수술 전보다 호전됐으며 신경학적 증상이 있었던 환자 4명에서는 증상이 개선된 것으로 나타났다.

최근 연구들에서는 퇴행성 척추 질환에 대한 척추 유합술 시행 시 골형성 단백질을 적용하면 유합률이 100%에 가깝다는 결과가 발표된 바 있으며, 다른 부위의 골절 치료 효용성에 대한 연구도 이어지고 있으나 척추 골절 치료 분야에서의 효용성 연구는 이번이 학계 첫 보고다. 

박형열 교수는 “이번 연구는 척추 골절에서 골형성 단백질의 골유합 촉진 효과를 확인한 최초의 연구로 그 의미가 크다”면서 “고령 환자들의 경우 빠른 골유합을 통해 기기 고정 실패 및 전후방 유합술과 같은 합병증 높은 수술을 피할 수 있기 때문에 연구 결과가 더욱 고무적”이라고 밝혔다. 

박 교수는 이어 “추적 관찰 환자 10명은 골다공증 치료를 위해 평균 5.2개월간 골형성 촉진제를 함께 복용했는데, 골형성 단백질과 촉진제를 함께 사용할 경우 더 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대한다”며 “보다 많은 수의 환자와 다양한 수술법을 비교하는 추가 연구를 시행할 예정”이라고 덧붙였다. 

한편, 이번 연구는 ‘Application of Escherichia coli-Derived Recombinant Human Bone Morphogenic Protein-2 to Unstable Spinal Fractures’라는 제목으로 생체역학 분야 SCI 국제학술지 Bioengineering (IF 5.046) 최신호에 게재됐다. 

박진성 의정부을지대병원 비뇨의학과 교수

박진성 의정부을지대병원 비뇨의학과 교수팀이 소변 내 새로운 방광암 진단 바이오마커의 표준화된 검체 보존 방법을 제시하며 방광암 조기진단에서 소변 활용 가능성을 높였다.

박진성 교수가 이명신 을지대 의과대학 미생물학교실 교수와 함께 진행한 이번 연구는 지난해 세계 최초로 제시한 소변 엑소좀 내 방광암 바이오마커 A2M(Alpha-2- macroglobulin)과 CLU(Clusterin)의 진단적 활용 및 프로토콜 개발을 위해 시행ehoT으며 연구 결과는 SCI급 국제학술지 PLoS One (IF 3.752) 최신호에 게재됐다.

박 교수팀은 소변 엑소좀에 포함된 A2M과 CLU를 방광암 조기진단에 활용하기 위한 검체 처리 환경 조건에 주목했다. 소변 내 엑소좀은 방광암을 비롯한 비뇨생식기암을 진단하는 비침습적인 새로운 바이오마커로 주목받고 있지만 진단적 가치를 검증하기 위해 필요한 표준화된 검체의 보관 온도, 시간 등 전 처치 방법에 대해서는 확립되지 않았었다.

이번 연구에서 연구팀은 방광암 환자들의 암 수술(경요도 방광종양절제술) 전 소변을 채취하여, 각각 상온(섭씨 20도)과 4도에서 0~6일간 보관한 후 소변 엑소좀의 단백질량 및 바이오마커 A2M, CLU의 양을 분석했다.

그 결과 총 140개의 소변 엑소좀 샘플에서 A2M과 CLU 수치는 4도에서는 최대 3일까지, 20도에서는 24시간까지 안정적으로 나타났다. 또한 소변 검체의 원심분리와 여과(필터레이션) 등 세포 파편(cell debris)들을 제거하는 전처리 과정은 바이오마커들의 양 보존에는 큰 영향을 주지 않았다.

박진성 교수는 “본 연구 결과를 바탕으로 방광암 진단용으로 소변의 엑소좀을 활용하는 임상 프로토콜 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다”며 “방광암의 조기 진단을 위한 대규모 타당화 연구에 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.