조동우 포항공대 교수(왼쪽)·백선하 서울대병원 신경외과 교수

조동우 포항공대 교수팀과 백선하 서울대병원 신경외과 교수팀이 면역세포의 공격을 막아주면서 이식세포의 기능은 살리는 신개념 ‘이식세포 보호대’를 개발했다. 조 교수팀은 이식세포의 생착률을 대폭 향상시킨 세포기반 약물전달시스템(Cell-based drug delivery systems)인 하이브리드지지대(hybrid scaffold)를 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 국제저명학술지인 ‘방출저널지(Journal of Controlled Release, JCR)’ 최근호에 게재됐다.

이번에 개발된 하이브리드지지대는 3D프린팅기술로 제작된 1500㎛ 크기의 정육각형 형틀에 하이드로겔(hydrogel)을 넣어 기존 하이드로겔의 단점을 보완했다. 외부 뼈대가 지지도의 강도를 향상시키고, 내부의 하이드로겔은 면역세포의 공격을 막아 이식세포가 뇌조직에 안정적으로 정착할 수 있는 환경을 제공토록 만들었다.

하이드로겔은 이식세포를 이식 대상 동물에 전달하는 수용성 세포기반 약물전달시스템이다. 이식세포가 분비한 단백질이나 신경전달물질은 하이드로겔을 투과할 수 있다. 이 때문에 도파민분비세포를 파킨슨병이 있는 동물에 이식하면 도파민은 하이드로겔을 통해 뇌조직에 전달된다.

그러나 하이드로겔은 기계적인 강도가 매우 약해 3차원적인 구조체를 안정적으로 유지하기가 어렵다. 농도나 경화 조건 등을 조절해 강도를 일부 개선할 수 있지만 수용성 물질의 투과기능에 악영향을 끼칠 수 있다. 외부충격에 견딜 만한 높은 강도를 얻는 것도 쉽지 않다. 또 하이드로겔만을 이용해 도파민분비세포를 이식할 경우 형태가 장기간 유지되지 않는다.

연구팀이 도파민분비세포를 하이드로겔과 하이브리드지지대에 각각 넣고 생쥐에 투약한 후 8주간 혈청 도파민 분비 농도를 측정한 결과 1주 후 하이브리드지지대 사용군은 1㎖당 250pg, 하이드로겔 사용군은 1㎖당 190pg로 나타났다. 7주차 때에도 각각 1㎖당 420pg과 290pg로 나타나 하이브리드지지대 사용군의 혈청 도파민 농도가 더 높았다.
또 도파민분비세포를 하이브리드지지대에 넣고 쥐의 뇌조직에 이식한 결과 1주일 후 급성기 면역거부반응이 현저히 줄어든 것으로 확인됐다.

조 교수는 “하이브리드지지대를 사용해 동물모델에 세포를 이식하면 지지대 안팎으로의 세포이동이 어려워지고, 세포에서 분비되는 단백질이나 신경전달물질은 투과돼 세포치료에 많은 도움이 될 것”이라고 설명했다.
백 교수는 “이식세포가 면역세포의 공격을 피해 오래 생존할 수 있어 파킨슨병 등 여러 질병에서 세포치료의 효용성을 향상시킬 것”이라고 말했다.

파킨슨병은 ‘흑질’이라는 특정 뇌부위에서 운동에 필요한 신경전달물질인 도파민의 분비세포가 파괴되는 질환이다. 인구 1000명당 1~2명 비율로 발병하며, 국내에는 약 8만~12만명의 환자가 있는 것으로 추정된다.

도파민제제 등 항파킨슨제제를 10년 이상 복용하면 약물만으로는 정상적인 생활이 불가능해지기 때문에 뇌심부자극술을 실시한다. 그러나 이 같은 치료법은 증상을 완화시킬 뿐 근본적인 치료는 불가능하다.

최근에는 더욱 근본적인 치료법을 개발하기 위해 도파민분비세포 이식 등 세포치료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 면역반응 등으로 이식세포의 생착률이 떨어지는 등 아직 해결해야 할 문제점이 많다. 이 때문에 하이브리드지지대 등 새로운 약물전달물질체계 개발은 파킨슨병 환자에게 희망이 될 것으로 기대된다.