조직 재생 치료, 줄기세포 주사 한 방으로 OK
조직 재생 치료, 줄기세포 주사 한 방으로 OK
  • 강지희
  • 승인 2019.08.12 12:20
  • 조회수 2525
  • 댓글 0
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줄기세포 얍! 출처: pixabay
줄기세포 얍! 출처: pixabay

줄기세포는 세포분열을 통한 증식 및 분화 과정을 거쳐 자기 자신을 복제하거나 다른 종류의 세포를 생산할 수 있는 특이한 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 능력 덕에 줄기세포는 세포치료제의 원료로써 난치성, 퇴행성 질환이나 장기재생 등과 관련이 깊은 재생의학 분야에서 주목을 받고 있습니다.

 

기존에 세포치료제로 개발된 줄기세포는 정맥주사, 복강주사, 치료 부위 직접 주입 등으로 인체 내에 투여되기도 하는데요. 이렇게 주입된 치료용 줄기세포들은 그대로 전신에 퍼져 원하는 질환 및 부위에 대한 치료의 효율성이 떨어지는 한계점이 있었습니다. 뿐만 아니라 줄기세포들이 체내에 들어오게 되면 험난한 체내 환경과 맞서야 해 생존율 역시 떨어질 수밖에 없었죠. 게다가 줄기세포를 치료제로 쓰려면 줄기세포를 원하는 대로 분화시켜야 합니다. 하지만 줄기세포와 같이 도입된 생체소재에 생리활성기능이 없거나 줄기세포에 단순히 분화 인자를 혼합하는 방법을 사용할 경우에는 줄기세포를 이용한 조직 맞춤형 치료가 어려웠습니다.

 

그런데 한국과학기술연구원 생체재료연구단 송수창 박사 연구팀이 이를 극복하기 위해 줄기세포를 이용한 새로운 기술을 개발했습니다. <Biomaterials>와 <Advanced Science>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 하이드로젤을 이용해 줄기세포를 잘 감싸서 보호하고 줄기세포를 원하는 대로 분화시킬 수 있는 줄기세포 주사 기술을 개발했다고 합니다.

 

하이드로젤을 이용하다

연구진이 개발한 하이드로젤 주사. 좌측은 상온의 액체 상태, 우측은 사람의 체온이 처리된 고체 상태. 출처: KIST

연구팀은 줄기세포의 한계점을 극복하기 위해 하이드로젤을 이용했습니다. 하이드로젤은 친수성 3차원 고분자 네트워크로 구성됐으며 수분의 함유량이 90% 이상으로 생체 친화적인 특징을 갖습니다. 하이드로젤은 다공성의 구조를 가지며 생체 적합성이 뛰어난 덕분에 강도도 세지 않고 부드러운 편으로 생물조직과 유사한 부분이 많기에 조직 회복 및 대체, 바이오닉스 디바이스 등 다양한 분야에서 연구되고 있죠.

온도감응성 하이드로젤 및 생리활성물질 조절을 통한 맞춤형 조직 재생. 출처: KIST

하이드로젤은 상온에서는 액상 형태였다가 체온에서 딱딱한 젤 형태로 빠르게 변하는 특징이 있습니다. 연구팀은 마치 레고를 조립하는 듯한 방법을 사용해 생리활성물질들을 하이드로젤에 도입해 한 번의 주사로 장기간 줄기세포 기반 치료가 가능한 기술을 개발했습니다. 연구팀은 하이드로젤과 다양한 레고 조각(생리활성물질)들의 양과 비율을 손쉽게 조절할 수 있었는데요. 이에 따라 연구팀은 줄기세포의 생존 및 원하는 분화에 이로운 최적화된 생체 내 환경을 조성해 조직재생의 효과를 극대화 시켰습니다.

생체 내 줄기세포 생리활성물질 종류 및 투여량 조절. 출처: KIST

하이드로젤 안에 도입된 생리활성물질들은 호스트-게스트 상호작용(Host-guest interaction)을 이용해 그 종류나 비율이 손쉽게 조절할 수 있습니다. 덕분에 줄기세포의 생존 및 맞춤형 분화에 이로운 최적화된 생체 내 환경을 조성해 조직 재생의 효과를 극대화시켰습니다. 이를 통해 생체 내 환경에서 하이드로젤에 함유된 미세하게 조절된 생리활성물질의 조립에 따라 중간엽 줄기세포의 골, 연골, 지방조직의 재생이 연구팀이 원하는 대로 이루어졌다고 합니다.

 

연구팀이 개발한 줄기세포 기술은 중간엽 줄기세포 기반 조직재생(골, 연골, 지방 등)에 사용 가능할 것으로 기대되며 향후 생리활성물질의 종류를 바꾸면 면역기반치료, 항암치료 등으로 적용 범위가 확장될 것으로 기대되고 있습니다.

 

앞으로의 전망

송수창 박사의 연구진. 출처: KIST
송수창 박사의 연구진. 출처: KIST

이번 연구를 주도한 KIST 송수창 박사는 "질환의 종류 혹은 크기에 따라 생리활성물질 종류와 투여량의 변화를 줌으로써 환자 맞춤형 조직재생기술뿐만 아니라 향후 연구를 통하여 면역치료, 항암치료 등으로 적용 범위가 확장될 것"이라고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


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