병도 고치고, 3D 바이오 프린팅에도 쓰는 세포
병도 고치고, 3D 바이오 프린팅에도 쓰는 세포
  • 함예솔
  • 승인 2020.03.31 18:05
  • 조회수 1472
  • 댓글 1
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요약

 

뇌혈관이나 심혈관에 생긴 질환을 고칠 '혈관줄기세포'가 개발됐습니다. 암 유발 가능성이 적은 분화 방식으로 제작됐는데요. 3D 조직을 프린팅 할 때 모든 조직에 존재하는 혈관을 만들 주원요로 사용할 수 있고 혈관 질환 세포 치료제를 개발하는 데 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대됩니다. 

혈관병을 고칠 혈관줄기세포가 개발됐습니다. 대량으로 배양하면서도 암 유발 가능성이 적은 '직접교차분화' 방식으로 제작했는데요. 심장이나 간 같은 생체조직을 3D 프린터로 찍어낼 때 필요한 '혈관'의 주원료도 될 수도 있습니다. 

혈관이, 심장이 위험해! 출처: pixabay
혈관 줄기 세포가 개발됐다. 출처: pixabay

UNIST 생명과학부의 김정범 교수팀은 피부세포에 혈관발달 유전자 두 종을 주입해 혈관줄기세포를 제작하는 데 성공했습니다. 이 세포를 뒷다리 혈관이 막힌 실험쥐에 주입하자 혈류 흐름이 회복되고 새로운 혈관이 만들어졌습니다. 혈관 질환의 세포 치료제로서의 가능성이 확인된 겁니다. 해당 연구는 <Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology>에 게재됐습니다. 

 

혈관줄기세포, 임상에 적용하기 어려웠던 이유

 

혈관이 손상되거나 막히면 조직으로 전해지는 산소와 양분전달이 부족해 '허혈성 혈관 질환'이 생깁니다. 그 치료법으로 혈관 구성 세포를 주입해 혈관을 새로 만들고 혈액 흐름을 개선하는 세포 치료가 주목받아 왔습니다. 특히 혈관줄기세포는 2종의 혈관 구성 세포로 분화할 수 있고 일반 세포와 달리 자가증식이 가능해 대량생산에 적합하므로 유력한 세포치료제 후보였습니다. 하지만 배아줄기세포나 유도만능줄기세포에서 분화된 혈관줄기세포는 임상에 적용하기 어려웠습니다. 모든 세포로 분화 가능하다는 '만능성'이 오히려 암을 유발할 위험을 품고 있기 때문입니다.

 

 

  • 혈관줄기세포(Vascular Progenitor Cells)

정확한 명칭은 혈관전구세포입니다. 전구세포는 줄기세포(stem)처럼 다른 세포로 분화되지만 분화할 수 있는 세포의 종류가 특정돼 있습니다. 

  • 직접교차분화(Direct conversion, Trans- differentiation)

다 자란 특정 조직의 세포를 다른 조직의 세포가 될 수 있는 줄기세포로 직접 바꾸는 방식입니다. 이 기술을 쓰면 피부 세포를 혈관 세포로 바로 바꿀 수 있습니다. 배아줄기세포나 유도만능 줄기세포처럼 모든 세포가 될 수 있는 시기(만능세포)를 거치지 않아서 발암 가능성을 줄일 수 있습니다. 참고로 줄기세포는 어떤 조직으로도 발달할 수 있는 세포를 뜻합니다.

  • 유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cells)

이미 분화된 세포의 '시간을 되감기' 하는 역분화 기술을 이용해 만든 줄기세포입니다. 피부세포나 간세포 등과 같이 특정 기능이 '프로그래밍' 되는 세포를 '리프로그래밍'해 배아줄기세포와 같은 상태로 만듭니다. 2012년 노벨 생리의학상의 주제였습니다. 

이 문제를 해결하기 위해 김정범 교수팀은 '만능 분화 단계'를 건너뛰고 특정 세포를 원하는 세포로 바로 바꾸는 '직접교차분화' 기법을 이용해 혈관줄기세포를 만들었습니다. 피부를 구성하는 섬유아세포에 두 가지 유전자(Etv2, Flil)를 주입해 혈관줄기세포로 탈바꿈한 겁니다.

혈관줄기세포 제작과 동물실험에서 치료 효과 검증. 출처: UNIST
혈관줄기세포 제작과 동물실험에서 치료 효과 검증. 출처: UNIST

제1저자인 UNIST 생명과학과 석・박사통합과정 박수용 연구원은 "두 유전자는 혈관발달 초기에 주로 발현되는 유전자"라며 "두 유전자를 피부 섬유아세포에 주입하자 혈관줄기세포의 특성이 잘 나타나는 세포가 만들어졌다"고 설명했습니다. 

 

3D 바이오 프린팅 발전에 기여할 것

 

줄기세포는 끊임없이 자기를 복제하는 자가증식능력(Self-renewal)과 다른 세포로 변하는 분화능력(Biopotent)을 가집니다. 이번에 만들어진 혈관줄기세포는 자가증식이 가능한 데다, 혈관 구성 세포인 혈관내피세포와 평활근세포로 잘 분화됐습니다. 또 실험 쥐를 이용한 동물실험에서도 혈관 폐색 부위에 주입한 뒤 혈류 흐름이 회복되고 혈관이 형성되는 것까지 확인됐습니다. 

혈관줄기세포의 특성 규명 및 동물실험에서 혈류 흐름 개선 효과. 출처: UNIST
혈관줄기세포의 특성 규명 및 동물실험에서 혈류 흐름 개선 효과. 출처: UNIST

김정범 교수는 "배아줄기세포나 유도만능줄기세포에 비해 부작용을 최소화할 수 있는 기법으로 혈관줄기세포를 만들어 임상 적용이 가능할 것"이라며 "뇌혈관이나 심혈관에 생긴 질환을 치료할 세포 치료제를 상용화하는 데 한 걸음 다가갔다"고 전망했습니다.

김정범 교수와 박수용 연구원. 출처: UNIST
김정범 교수와 박수용 연구원. 출처: UNIST

이번에 개발한 혈관줄기세포는 3D 바이오 프린팅의 발전에도 도움을 줄 수 있습니다. 생체조직을 만드는 3D 바이오 프린팅에서는 조직별 세포뿐 아니라 혈관까지 함께 만들어야 하기 때문이다. 김정범 교수는 "새로운 혈관줄기세포는 조직공학에서 3D 조직을 프린팅할 때 모든 조직에 존재하는 혈관을 만들 주원료로 사용할 수 있다"며 이 기술의 또 다른 가능성도 전했습니다. 

 


##참고자료##

 


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최민영 2020-04-05 10:11:11
혈관줄기세포의 자가증식 능력을 통해 혈류 흐름이 회복되고 혈관이 형성되기까지 한다니 신기하네요. 특히 관심있는 분야인 3D 프린팅에서 혈관을 만들 주원료로 쓰일 수 있다는 점이 대단한 것 같아요.

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