심근경색 혈관 및 심장근육 재생하는 바이오잉크 심장패치 개발
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김지예 기자
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등록 2020-03-27 18:50:38
- 수정 2020-09-13 21:17:53
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- 가톨릭대‧포스텍‧홍콩시립대 공동연구팀 … 골수유래 중간엽 줄기세포, HGF 발현 엔지니어링 줄기세포 혼합
박훈준 가톨릭대 서울성모병원 순환기내과 교수를 비롯해 포스텍, 홍콩시립대 등 국내외 대학이 참여한 공동연구팀이 심근경색 부위 혈관과 심장근육을 재생시키는 바이오잉크 심장패치를 개발했다.
심혈관계질환은 전세계 사망 원인 중 가장 높은 비중을 차지한다. 심장은 끊임없이 수축과 이완을 반복해 혈액을 전신으로 공급하는 펌프 역할을 하는데 심혈관이 갑자기 막히게 되면 심장근육이 심각한 손상을 입는다. 이후 재생 능력이 떨어져 점차 본래의 기능을 상실하고 심부전에 빠져 끝내 사망에 이른다.
세계적으로 심장재생 분야에서 성체줄기세포 연구가 꾸준히 이뤄지고 있으나, 임상시험 결과 약 2~4% 정도에서만 심구혈률 개선 효과를 보이고 있다. 성체줄기세포를 이용한 치료법은 효과가 미흡한 실정이다. 이는 손상된 심장의 척박한 미세환경과 지속적으로 박동하는 장기의 특성 때문이다. 줄기세포의 잔존효과가 매우 떨어져 본래의 재생기능을 충분히 발휘하지 못한다.
박훈준 가톨릭대 교수팀, 반기원 홍콩시립대 생물의학부 교수팀, 장진아 포스텍 창의IT융합공학과 교수팀으로 이뤄진 공동연구팀은 줄기세포 치료의 한계를 극복하기 위해 생체 내 자극(In vivo priming) 전략을 수립했다. 기능강화 엔지니어링 줄기세포를 이용해 성체줄기세포의 기능을 극대화시키는 방법으로 심근경색 부위의 혈관과 심장근육을 재생시키는 패치형 심근경색 치료제를 개발하는 데 성공했다.
이번 연구는 가톨릭중앙의료원 산하 가톨릭세포치료사업단의 골수유래 중간엽 줄기세포(가톨릭 마스터세포)와 ㈜에스엘바이젠이 개발한 HGF(간세포성장인자) 발현 엔지니어링 줄기세포를 이용해 진행됐다.
공동연구자인 장진아 교수팀이 제공한 심장유래 세포외기질 바이오잉크에 두 가지 줄기세포를 각각 100만개씩 봉입해 3D 심장패치를 제작했다. HGF 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포는 체내에서 장기 생존하면서 발생될 수 있는 안전성 문제를 차단하고 세포 분열과 분화를 조절하기 위해 체내 주입 시 100cGy의 방사선을 조사해 최종 세포주를 제작했다.
심근경색 동물모델에 제작한 3D 심장패치를 이식해 심기능 호전 여부를 확인한 결과, 골수유래 중간엽 줄기세포/HGF 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포의 혼합세포군은 아무런 치료도 하지 않은 대조군 및 단독세포 패치군에 비해 좌심실의 심구혈률 및 구획단축률이 향상됐다. 심근경색 후 유발되는 섬유화를 감소시키고, 모세혈관 밀도를 증가시켜 심근경색 재발(재형성, adverse remodeling) 방지 효과도 나타났다.
공동 교신저자인 박훈준 교수는 “골수유래 중간엽 줄기세포와 HGF를 발현하는 엔지니어링 줄기세포를 동시에 접목한 3D 심장패치는 임상 적용 가능성이 있는 새로운 복합세포 융합 플랫폼으로, 기존 줄기세포치료가 가진 한계를 극복했다”며 “완치가 불가능한 중증 허혈성 심장질환 환자에게 새로운 치료 기회가 열릴 것”이라고 밝혔다.
이 연구는 한국연구재단의 신진연구지원사업, 바이오의료기술개발사업, 대통령 포스트닥 펠로우십, IITP 명품ICT인재양성사업의 지원으로 진행됐다. 국제 학술지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science advances, IF 12.8)’ 지난 25일자에 게재됐다.
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