쥐의 배아줄기세포(mESC)를 저산소상태(hypoxia)에서 일정 시간 노출시킨 후에 분화시키면 혈관분화가 현저하게 촉진된다는 사실과 관련 메커니즘이 국내 의학자에 의해 처음으로 밝혀졌다. 이세원·김효수 서울대병원 순환기내과 교수팀은 이같은 연구결과를 세계적인 학술지인 ‘EMBO molecular medicine (인용지수 10.33)’에 게재할 예정이며, 이에 앞서 지난달 23일 인터넷판에 먼저 공개됐다고 17일 밝혔다.
저산소 미세환경(hypoxic microenvironment)은 정상적인 배아 발생과정(embryonic development)의 혈관발생에서 중요한 역할을 하는 조건으로 알려져 있다. 또 생체내 줄기세포가 산소농도가 낮은 저산소 환경에서 존재한다는 것도 이미 알려진 사실이다. 이런 이유로 저산소 조건에서 줄기세포의 특성을 연구하는 노력이 이뤄져왔으나 저산소 미세환경이 줄기세포의 분화를 억제시킨다는 결과와 이와 상반되게 촉진시킨다는 결과가 함께 보고돼 학계에 논란이 있었다.
연구팀은 이를 규명하기 위해 저산소상태에서 쥐(마우스) 배아줄기세포를 배상체(embryoid body) 형태로 만들고 일정 시간 노출시켰더니 중내배엽(meso-endoderm)으로 분화하는 방향성을 띠었고  ‘정상’ 산소상태에서 배양된 배상체에 비해 혈관세포로의 분화가 현저하게 촉진됨을 촉진됨을 입증했다.
연구팀은 또 생쥐의 다리에 혈액이 통하지 않게 해 괴사 부위를 만든 다음 3군으로 나누어 괴사 부위에 식염수, 정상산소 배상체, 저산소 배상체를 각각 주입했다. 그 결과 정상 다리의 혈류량에 비해 식염수만 주입한 군의 괴사된 다리에서는 정상 혈류량의 8.6%에 해당하는 혈류량을 보였다. 정상산소 배상체 주입군에서는 혈류량을 22.2% 회복하는데 그쳤다. 그러나 저산소 배상체 주입군에서는 혈류량이 60.8%나 회복됐다. 즉 저산소 배상체를 주입한 군에서 상처 부위에 혈류량이 늘고,주입한 배상체가 혈관  분화를 촉진함을 확인했다.

쥐 배아줄기세포를 이용한 저산소상태에서의 혈관분화 촉진 실험 과정과 저산소상태서 혈관분화 정도가 현저히 개선된 모습

이세원 교수는 “줄기세포를 치료에 적용하려면 원하는 특정 세포로 대량 분화시키는 게 중요하다”며 “이를 위해 이종으로부터 획득한 증식·분화유도 활성인자를 넣어주거나 유전자 조작 등을 하는데, 저산소 조건을 적절히 활용한다면 더욱 안전하고 용이하게 분화속도 및 분화방향을 조절할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 하지만 이번 결과는 마우스 배아줄기세포에서 얻은 결과여서 사람에게 적용하기 위해서는 심화연구가 필요할 것이라고 덧붙였다.
이번 연구는 보건복지부 선도형특성화연구사업, 교육과학기술부 줄기세포선도연구사업, 교육과학기술부 일반연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.

☞용어설명

저산소상태 (hypoxia)
사람 생체의 정상 산소조건은 산소가 21% 정도인데, 이보다 낮은 산소농도 상태를 저산소 상태라 한다. 이세원 교수팀은 쥐 배아줄기세포 대상 연구에서 1% 산소농도를 사용해 실험을 진행했다.

배상체 (Embryoid Body)
줄기세포에서 유래한 세포의 군집(aggregate)으로서, 3차원 형태의 구형구체(spheroid) 형태를 나타낸다.

중내배엽(meso-endoderm)
배아가 발생하는 과정에서 세포분열을 거듭하여 생기는 세포층을 배엽(germ layer)이라고 한다. 크게 외배엽 (ectoderm), 중배엽 (mesoderm), 내배엽(endoderm) 등 셋으로 나눈다. 각 배엽에서 특정한 기관이 만들어지는데 외배엽에서는 신경계, 중배엽에서는 골격·혈관계 등이, 내배엽에서는 소화기관 등이 발생한다. 배아줄기세포는 이같은 3가지 배엽으로 분화될 수 있는 특성을 지녔다. 이세원 교수의 연구결과 배아줄기세포가 저산소 상태에 노출되면 중내배엽(meso-endoderm)으로 분화되는 방향성을 띠는 것으로 확인됐다.

미세혈류측정기
건강한 조직이나 질병이 있는 조직 등에서 미세한 혈류 순환 활동을 모니터하는 기기다. 혈류를 이미지화하는 레이저 도플러 혈류 이미지 시스템(Laser Doppler Perfusion Imaging System, LDPI)을 주로 일컫는다. 나타나는 이미지색은 프로그램 상 선택할 수 있는데 이번 연구에서는 혈류량이 많을수록 붉은 색 이미지로 나타나게 했다.