전흥재 가톨릭의대 교수팀, 심장 조직 재생시킬 패치 새롭게 개발

합성 PLGA 나노·마이크로섬유로 구성된 '바이모달 스캐폴드'

(서울=뉴스1) 강승지 기자 = 전흥재 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 교수(세포조직공학연구소장)는 가톨릭중앙의료원 산하 임상연구팀들과 함께 심장 조직을 재생하기 위한 패치를 새롭게 개발해냈다고 17일 밝혔다.

허혈성 심질환은 심근세포의 자가재생능력 결여로 인한 질환으로, 최근 약물 및 첨단 의료기술의 발전에도 불구하고 전 세계적으로 가장 큰 사망원인이다.

손상된 심근를 복구하고 대체 공급원을 마련하기 위해 줄기세포를 이용한 많은 기초 및 임상시험이 지난 20여년간 이뤄졌다.

하지만 심장의 경우 이식된 줄기세포의 생착률이 불과 5~10%로 낮고, 이식된 줄기세포조차도 산소와 영양분의 공급 부족으로 인해 생존율이 낮아 세포 치료제의 효율성은 현저히 떨어진다.

이를 위해 스캐폴드를 사용한 심장 조직 재생 의학이 새로운 전략으로 등장했다.

지금까지 나노섬유를 이용해 제조된 패치형 스캐폴드가 각광 받았지만, 줄기세포가 삼차원 조직체계로 발전하는데 필요한 세포의 이동을 어렵게 한다는 한계가 있었다.

이에 따라 연구팀은 천연 세포외기질 구성성분인 콜라겐 나노섬유와 수술용으로 널리 사용되는 합성 PLGA 마이크로섬유로 구성된 새 패치형 바이모달 스캐폴드를 개발했다.

PLGA는 약물 전달 연구를 위한 세포 및 조직 친화성을 갖춘 생분해성 고분자다.

연구팀이 개발한 바이모달 전기방사 스캐폴드는 콜라겐과 Poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (Col/PLGA)로 구성된 나노/마이크로 두 가지 형태의 복합 섬유 패치다.

독립적 노즐 제어 다중 전기방사 장치를 사용해 제작됐으며, 줄기세포 함유 심장 패치로 실현 가능성에 대해 조사했다.

골수 유래 중간엽 줄기세포(BMSC)를 사용한 시험관 내 실험에서 Col/PLGA는 PLGA에 비해 향상된 세포 적합성 및 증식 능력을 보였다. 콜라겐 함량이 증가함에 따라 그 정도도 증가했다.

나노 입자 및 GFP(녹색형광단백질)가 표지된 BMSC를 추적한 결과, Col/PLGA가 장기간 줄기 세포 보유 능력을 보유해 줄기 세포가 심근 및 혈관 내피 세포로 직접 기능하거나 회복 인자를 분비했다.

결과적으로 조직학적 및 심초음파 소견으로 입증된 심장 기능 개선으로 이어졌다.

BMSC를 사용한 시험관 내 실험에서 바이모달 패치는 세포 적합성 및 증식 능력의 향상을 보였다.

동물실험에서 나노입자 표지 및 GFP를 이용한 줄기세포의 추적 결과 바이모달 패치는 4주 이상의 장기간 줄기세포 생착 능력을 보여줬다.

연구팀은 "기존의 세포치료 방식으로 이식된 세포의 생착 기간이 48시간임을 감안하면 큰 성과"라고 소개했다.

또한 이식된 줄기세포가 심근 및 혈관 내피 세포로 직접 기능하거나 회복 인자를 분비할 수 있음을 강력하게 뒷받침했다. 그 결과 조직학적 및 심초음파 소견으로 심장 기능이 개선된 것으로 나타났다.

전흥재 교수는 "이번 연구의 후속으로 진행 중인 대동물 및 CT 등의 영상의학 결과가 포함된 보다 실용화에 가까운 연구 결과를 가까운 시일 내로 발표할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 생체재료학회지 'Biomaterials research (IF:15.863)'에 게재됐으며, 최근 생물학연구정보센터(BRIC) '한국을 빛내는 사람들(한빛사)'에 선정·등재됐다.

ksj@news1.kr

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