조인호 이화여대 편도줄기세포 연구센터장과 이상훈 고려대 보건과학대 바이오의공학부 교수팀은 바이오 지지체의 도움 없이 생체내 직접 이식 가능한 부갑상선 조직을 재생하는 데 세계 최초로 성공했다고 16일 밝혔다.
 
조 교수팀은 지난해 편도선절제수술 후 제거돼 폐기되는 편도선 조직에서 성체줄기세포를 추출, 부갑상선호르몬이 분비되는 부갑상선세포로 분화시키는 데 세계 최초로 성공했다. 그러나 생체 내 부갑상선 조직의 기능을 회복하려면 생체 밖에서 배양된 편도줄기세포를 반드시 스캐폴드(바이오 지지체)와 혼입해 이식해야 했다.

이번 연구는 생체 밖에서 인간 편도줄기세포를 단일세포 1000개 이상이 모여 3차원의 구 형태를 이루는 세포 집합체인 스페로이드 형태로 배양했다. 이를 통해 스캐폴드를 사용하지 않고 손상된 부갑상선 조직을 재생시켰다.

생체 밖에서 제조된 3차원의 편도줄기세포를 스페로이드 형태로 분화시킨 후 스캐폴드 없이 부갑상선을 제거한 쥐의 생체에 이식한 경우, 90여일의 장시간이 경과한 후에도 혈액 내 부갑상선 호르몬과 칼슘의 결핍을 거의 원상태로 복원됐으며, 부갑상선 제거 쥐에서 보여주었던 사망률도 현저하게 감소했다.

흥미로운 사실은 편도줄기세포 스페로이드를 처리한 쥐의 경우, 생체 내 이식 후 초기 4일 안에 40%의 사망률을 보였으나, 살아남은 쥐의 경우 90여 일 동안은 정상적인 생활을 한다는 것이었다. 이런 결과를 토대로 초기 사망률만 개선한다면 이번 연구를 통해 제안한 편도줄기세포 스페로이드 기술은 1회 투여로 장기간 동안 부갑상선 기능을 거의 완벽하게 복원할 수 있을 것으로 기대된다. 예상대로 대조군인 스페로이드를 처리하지 않은 부갑상선 제거 쥐의 경우 9일 이내 모두 사망하였다.

부갑상선은 갑상선의 뒤편에 위치해 부갑상선호르몬을 분비하는 주요 기관으로 칼슘 대사를 조절하는 역할을 담당한다. 부갑상선은 갑상선암 수술이나 갑상선기능항진증에 의해 전체 또는 일부의 기능이 손상되어 부갑상선기능저하증을 일으키고 결국에는 칼슘 대사 이상으로 신경, 근육, 골격 및 신장 등에 질환을 일으킨다.

현재까지 부갑상선기능저하증의 치료는 평생 동안 칼슘과 비타민D를 복용해야 하며, 정기적으로 칼슘과 비타민 D 농도를 측정하여 적절한 농도를 유지하고 있는지 확인해야 한다. 최근에는 합성 부갑상선 호르몬을 매일 주사하는 방법도 제안되었으나, 가격이 비싸고 호르몬 투여에 따른 부작용으로 최장 2년만 사용 가능하다.

2015년 이러한 치료를 대체하기 위해 이화여대 연구팀은 편도절제술 시 버려지는 편도조직으로부터 편도줄기세포를 추출한 후, 스캐폴드와 혼입하여 생체 내에서 부갑상선 치료에 응용할 수 있다는 가능성을 제시했다. 

그러나 스캐폴드의 사용은 여전히 감염, 면역 거부 등의 임상 적용에 제한을 가져왔다. 이번 연구는 스캐폴드 없이도 3차원의 스페로이드 형태의 편도줄기세포를 배양하는 기술을 통해 손상된 부갑상선 조직의 기능을 복원할 수 있어 기존 연구의 단점을 극복했다.

이번 연구는 스캐폴드 없이 분화 효율을 증진시킨 3차원의 편도줄기세포 스페로이드 제조 기술을 통해 생체 내에서 칼슘 농도를 조절하는 주요 호르몬인 부갑상선 호르몬을 효과적으로 생산할 수 있는 새로운 방법을 제안하였으며, 향후 이러한 기술이 부갑상선기능저하증 이외에도 칼슘대사와 연관성이 있는 골다공증 등의 예방 또는 치료용 임상 치료제로서 적용 범위를 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 지난 3월 2일 생체소재 분야의 권위있는 학술지인 '악타 바이오메터리얼리아(Acta Biomaterialia; IF, 6.03)' 온라인판에 발표했다. 

이번 연구는 한국연구재단의 연구비(NRF-2012M3A9C6049728; 연구책임자 조인호, NRF-2015R1A2A1A09004998; 연구책임자 이상훈, NRF-2013R1A1A3007591;연구책임자 박윤신)와 보건복지부 보건산업진흥원의 연구비(HI14C-1557-020014;연구책임자 박윤신) 지원을 받아 수행되었다.