박훈준 가톨릭대 서울성모병원 순환기내과 교수와 조동우 포스텍 기계공학과 교수팀은 차세대 미래유망기술로 각광받은 3D 세포프린팅 기법을 도입해 허혈성 심장질환 환자의 심기능 회복을 위한 혈관화된 심근패치를 세계 최초로 개발했다고 9일 밝혔다.

심근패치는 심장에서 유래한 세포외기질 바이오잉크를 이용해 심장줄기세포와 중간엽줄기세포를 3D 세포프린팅으로 이중 배열한 뒤 내부에 혈관내피성장인자를 봉입해 세포간 상호작용을 극대화시킨 융합 플랫폼이다.
괴사된 심근조직의 혈관 생성을 돕고 이식 후 단시간 내 주변 혈관 구조와 연결돼 줄기세포의 생존율과 분화도가 높다.

박 교수팀은 심근경색 동물모델을 이용한 전임상실험에서 심외막에 이식한 심근패치가 경색 부위의 섬유화 감소, 모세혈관 증가 및 재형성 방지 등을 통해 심장기능을 향상시키는 것을 검증했다. 또 심근패치에서 나온 심장줄기세포는 경색 부위로 이동해 신생혈관을 생성하고, 일부는 심근세포로 분화했다.

3D세포 프린팅기술은 다양한 세포를 최적의 위치에 원하는 형상으로 배열할 수 있다. 심장유래 세포외기질 바이오잉크는 조직의 미세환경을 구현함으로써 줄기세포의 증식 및 분화, 기능 향상에 긍정적인 영향을 끼친다.

세계보건기구(WHO)에 의하면 2009년 기준 허혈성 심혈관계질환 유병률은 35.3%로 상당히 높은 편이며 전체 사망원인 중에선 1위를 기록하고 있다. 고령인구 증가, 사회경제적 발전, 서구화된 생활습관 변화로 발생률이 높아지는 추세지만 적극적인 치료에도 불구하고 5년생존율은 50% 정도에 불과하다.

박훈준 교수는 “이번 연구로 임상 적용 가능한 줄기세포주를 확립하고 3D 세포프린팅기술 등 조직공학기술을 접목해 차세대 줄기세포 치료제 플랫폼을 개발할 것”이라며 “전임상(독성검사 등) 및 임상시험을 통해 안전성과 유효성을 철저하게 검증함으로써 난치성 중증 허혈성 심장질환 환자의 삶의 질 향상 및 생명 연장을 도모하고 미충족 의료수요을 해결하겠다”고 밝혔다.
 
이번 연구는 생체재료학회 저명 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’에 게재됐다.