기형종 유발성 세포, 선택적 제거 가능해져
기형종 유발성 세포, 선택적 제거 가능해져
  • 함예솔
  • 승인 2020.11.28 00:20
  • 조회수 1094
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국내연구진이 기형종(teratoma)을 유발할 수 있는 전분화성 세포들을 선택적으로 제거할 수 있는, 전분화성 줄기세포 특이 항체-약물 복합체를 개발했습니다. 향후 줄기세포 기반 기능성 세포치료제의 임상 진입 및 안전성 제고에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다. 한국생명공학연구원 바이오신약중개연구센터 이장욱 박사팀이 수행한 이번 연구는'Biomaterials'에 게재됐습니다.

줄기세포는 예나 지금이나 각광받고 있다. 출처: AdobeStock
줄기세포 기반 기능성 세포치료제, 안정성 제고에 기여할 연구. 출처: AdobeStock

기형종 형성 위험성, 해소하려면?

 

줄기세포 기반 세포치료제의 임상 진입 및 신약개발 성공을 위해서는 분화 후 이식에 있어서 발생되는 기형종(Teratoma) 형성 위험성을 해소해야만 합니다. 인간 배아줄기세포를 비롯해 유도만능줄기세포가 가지는 전분화능(Pluripotency)은 신경세포, 간세포, 심장세포, 혈관세포 등 다양한 조직 세포로의 분화에 중요한 역할을 합니다.

 

다수의 줄기세포 연구가 기능성 세포치료제 분야의 폭발적인 성장에 견인 역할을 해왔으나, 특정 세포(ex. 신경전구세포)로의 분화 유도 후에도 남아있는 미분화 줄기세포 또는 전분화능 보유 세포들의 존재 등으로 여전히 임상 적용에 제한적입니다. 

 

연구팀은 전분화성 줄기세포 특이적 표지인자(Dsg2)와 이에 대한 항체 (K6-1)를 기반으로, 특정 세포로 분화 유도된 세포에서 기형종 형성을 유발하는 군을 선택적으로 분리·제거시킬 수 있는 기술을 확보했습니다. 

 

현 기술 수준으로, 단일 세포 형태로 동정·분리가 진행되는 항체 기반 FACS 또는 MACS 기술이 활용되고 있으나, 분화된 세포 또는 조직을 온전한 상태로 분리하기에는 한계가 있어 세포 생존율 및 실제 생체내 치료 효능 저하가 예상됐습니다.  참고로FACS & MACS( Fluorescent & Magnetic activated cell sort)은 목적하는 세포를 형광 및 자성으로 표지하여 선택적으로 분리해내는 장치입니다.

미분화 줄기세포 표적 항체-약물 복합체 제작 모식도 (B-D) 항체-약물 복합체의 분자량 및 약물 방출 거동. 출처: 한국생명공학연구원
미분화 줄기세포 표적 항체-약물 복합체 제작 모식도 (B-D) 항체-약물 복합체의 분자량 및 약물 방출 거동. 출처: 한국생명공학연구원

연구팀은 K6-1 항체와 세포사멸인자(Doxorubicin, DOX)가 결합된 항체-약물 복합체를 제작했습니다. 세포사멸인자(DOX)는 DNA에 손상을 입혀 암세포를 죽일 수 있는 안트라사이클린계 항종양 항생제인데요. 이 복합체가 K6-1 항체에 의해 미분화 줄기세포에 선택적으로 전달되고, 세포 내로 이입된 세포사멸인자가 효과적으로 세포사멸(Apoptosis)을 유도시킴을 확인했습니다.

(A) 미분화 줄기세포와 인간근육세포 혼합 환경에서의 미분화 줄기세포 선택적 전달 효능 확인 (형광현미경 촬영, 세포핵; 파란색, 인간근육세포; 녹색, 약물; 빨간색), (B) 항체-약물 복합체에 의한 미분화 줄기세포 선택적 제거 효능 확인 (Dsg2 단백질을 Flow cytometry & Western blot 분석). 출처: 한국생명공학연구원
(A) 미분화 줄기세포와 인간근육세포 혼합 환경에서의 미분화 줄기세포 선택적 전달 효능 확인 (형광현미경 촬영, 세포핵; 파란색, 인간근육세포; 녹색, 약물; 빨간색), (B) 항체-약물 복합체에 의한 미분화 줄기세포 선택적 제거 효능 확인 (Dsg2 단백질을 Flow cytometry & Western blot 분석). 출처: 한국생명공학연구원

나아가, 해당 복합체가 선처리한 미분화 줄기세포가 그 전분화능 (Pluripotency)를 잃어 기형종(Teratoma)이 형성되지 않음을 전임상 동물모델에서 검증했습니다. 주목할 점은, 분화 유도된 세포를 단일 세포 형태로 해리·분리시키지 않고도 남아있는 미분화 줄기세포를 효과적으로 제거시켰고, 분화세포 기능성에 영향을 주지 않았다는 겁니다.  이러한 사실은 현재 다수 개발된 전분화능 줄기세포 기반 세포치료제의 치료 유효성 및 기능성을 유지하면서 분화 후 일부 남아있는 미분화 줄기세포로 인한 안전성 문제의 해결 가능성을 시사합니다.

역분화 줄기세포 유래 신경세포 군집체 내 남아있는 전분화성 줄기세포 선택적 제거 효능 확인 (Dsg2 단백질을 Flow cytometry & Western blot 분석). 출처: 한국생명공학연구원
역분화 줄기세포 유래 신경세포 군집체 내 남아있는 전분화성 줄기세포 선택적 제거 효능 확인 (Dsg2 단백질을 Flow cytometry & Western blot 분석). 출처: 한국생명공학연구원

연구책임자인 이장욱 박사는 "동 연구성과는 항체 기반 표적 제어기술을 줄기세포 치료 안전성 제고에 적용한 유의미한 결과"라며 "이미 또는 새로이 발굴되는 미분화 줄기세포 표적과 이에 결합하는 항체를 폭넓게 활용하여 난치성, 퇴행성 질환에 효과적 세포 치료제뿐만 특정 조직 또는 장기로 분화시킬 수 있는 줄기세포 재생의료 연구에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다"고 밝혔습니다.

in vivo 기형종(teratoma) 형성 억제 효능 검증. (A) 미분화 줄기세포의 마우스 고환 주입 8주 후, 적출한 고환의 이미지, (B) 고환의 크기 및 (C) 무게 정량 분석, (D & E) 내배엽, 중배엽, 그리고 외배엽 형성 유무 확인 (H&E staining & Western blot). 출처: 한국생명공학연구원
in vivo 기형종(teratoma) 형성 억제 효능 검증. (A) 미분화 줄기세포의 마우스 고환 주입 8주 후, 적출한 고환의 이미지, (B) 고환의 크기 및 (C) 무게 정량 분석, (D & E) 내배엽, 중배엽, 그리고 외배엽 형성 유무 확인 (H&E staining & Western blot). 출처: 한국생명공학연구원

##참고자료##

 

Park, Jongjin, et al. "Selective elimination of human pluripotent stem cells by Anti-Dsg2 antibody-doxorubicin conjugates." Biomaterials 259 (2020): 120265. 


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