KISTI의 과학향기

포항공대 기계공학과 김동성 교수‧최이현 박사, 가톨릭대 의대 박훈준 교수‧김혁 박사, 홍콩시티대 반기원 교수팀은 온도감응성 나노섬유 막(membrane)을 기반으로 만든 인간 유래 중간엽 줄기세포 시트를 심장에 이식해, 체내에서 활성화시켰다. 특히, 혈관내피시트를 줄기세포 시트와 함께 이식해 기존의 혈관에서 새로운 혈관이 형성되는 혈관신생(angiogenesis)과 심장기능을 향상시켰다.

 

심근경색(myocardial infarction)은 심장 근육에 혈액을 공급하는 관상동맥이 협착 또는 폐색돼 심장 조직이 괴사되는 허혈성 질환으로써, 혈류 차단의 시간적 경과에 따라 심근의 비가역적 손상이 증가한다. 심근세포는 세포증식이 불가능해 손실된 심장조직은 자연적으로 재생될 수 없다.

 

최근에는 이 손상된 심장 조직을 재생시키기 위해 줄기세포를 손상부위에 이식해 재생을 돕는 연구가 주목받는다. 하지만 심장은 굴곡이 많고 끊임없이 움직이는 장기라 이식된 세포의 생착률이 낮고, 세포 재생에 필요한 시간 동안 심장 위에 정착하지도 못한다는 문제점이 있다.

 

'만능세포'로도 불리는 줄기세포는 아직 분화되지 않은 세포로, 반복적으로 분열하며 다른 세포로 발달한다. 그래서 손상된 세포에 이 줄기세포를 이식하면 새로운 조직이 재생된다는 원리를 이용해, 여러 난치병 치료로 응용된다. 세포 시트(cell sheet) 공학은 여기에서 한 발 더 나아가 줄기세포만으로 만들어진 시트를 손상 부위에 이식해 조직 재생을 시도하는 기술이다.

 

심근경색의 경우 패치를 이용해 치료하고자 하는 시도가 이루어지고 있지만, 심장의 형태나 움직임 때문에 패치가 잘 붙지 못한다는 어려움이 있었다. 연구팀은 온도감응성 나노섬유 막 위에 만든 인간유래 중간엽 줄기세포 시트를 패치로 사용했다. 세포외기질(extracellular matrix)이 풍부한 줄기세포 시트는 부착력이 강해서 체내 위치에 많은 양의 세포를 효과적으로 안착시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 연구팀은 이 시트와 함께 혈관내피세포시트를 같이 이식했다.

 

그 결과, 혈관내피성장인자(vascular endothelial growth factor), 안지오포이에틴-1(angiopoietin-1), 인슐린유사성장인자-1(insulin-like growth factor-1) 등이 이식된 위치에서 장시간 대량으로 분비됐다. 연구팀은 시트 이식 후 심장 내 혈관신생이 촉진되었음을 확인하고, 심장의 수축력 회복과 경색 후 리모델링(remodeling)을 완화시키는데 성공했다.

 

해당 연구 논문은 생재료분야의 권위지 중 하나인 '바이오패브리케이션(Biofabrication)'에 게재됐다.