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그림) hybrid scaffold의 정육각형 모양의 형틀(가로, 세로, 높이 1.5mm)을 위에서 내려다 본 모습(a), 측면에서 본 모습(b), 입체적으로 본 모습, hydrogel에 1 × 10,000개의 이식세포를 넣은 후, 이것을 hybrid scaffold 형틀에 넣은 후의 모습(d), d를 바닥에서 0.75mm 높이(z=0.75mm)의 단면(e)을 대상으로, 산소 포화도를 분석한 모습(f). 붉은 색(세포들이 안정적으로 정착할 수 있게 산소 포화도가 높게 나타남). 즉 hybrid scaffold는 외부 면역세포가 안으로 침투 못하게 막아주면서, 붉은색 영역에서 이식 세포가 안정적으로 생존할 수 있는 환경(산소)을 만들어 줌. (f)의 y=0.75mm 부분(파란색 선)을 따라 산소 포화도를 나타낸 그래프(g).
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면역세포의 공격을 막아주면서 이식세포의 기능을 살리는 신개념 ‘이식 세포 보호대’가 국내 연구팀에 의해 개발됐다.
서울대병원 신경외과 백선하 교수 연구팀과 포스텍 조동우 교수 연구팀(사진 왼쪽부터)은 세포기반 약물전달시스템(Cell-based drug delivery systems)인 하이브리드 지지대(hybrid scaffold)를 개발하고 국제저명학술지인 ‘Journal of Controlled Release’ 최근호(논문/ ☞ http://www.bktimes.net/data/board_notice/1391579864-74.pdf)에 게재했다.
이식세포를 이식 대상 동물에 전달하는 제제로는 hydrogel이 있다.
hydrogel은 수용성 젤로서 이식세포가 분비한 단백질이나 신경전달물질을 hydrogel의 안과 밖으로 투과할 수 있다.
이들 연구팀에 따르면 이런 기능을 활용해 도파민분비세포를 hydrogel에 넣은 뒤 파킨슨병이 있는 동물에 이식하면, 이식세포는 hydrogel을 통해 도파민(신경전달물질)을 공급할 수 있다.
hydrogel은 기계적인 강도가 매우 약해 3차원적인 구조체를 안정적으로 유지하기 어렵다. hydrogel의 농도, 경화 조건 등을 조절, 강도를 일부 개선할 수 있으나, 외부 충격을 견딜 수 있을 만큼 높은 강도를 얻기 어려울 뿐 아니라, 수용성 물질의 투과능에 영향을 준다.
오직 hydrogel 만을 이용해야 도파민분비세포를 이식하면 생체 내에서 오랜 기간 동안 형태를 그대로 유지하기 어렵다.
이를 보완하기 위해 개발된 것이 hybrid scaffold라는 게 연구팀의 설명이다.
hybrid scaffold는 3D 프린팅 기술로 제작된 가로, 세로, 높이 1500㎛ 정육각형 모양의 형틀(3D-Frame) 안에 hydrogel을 넣은 것이다.
이로써 3D-Frame 내부 뼈대가 기계적 강도를 향상시켜주며 내부의 hydrogel은 동물의 면역세포의 공격을 막아줘, 이식세포가 동물 뇌 조직에 안정적으로 정착할 수 있는 환경을 제공해준다.
연구팀은 도파민 분비 세포를 hydrogel과 hybrid scaffold에 각각 넣은 후 생쥐에 투약한 후, 8주 동안 혈청 도파민 분비 농도를 측정했다.
이 결과, 1 주차 때 hybrid scaffold 사용 군은 250pg/mL, hydrogel 군은 190pg/mL이었지만 7주차 때엔 각각 420pg/mL, 290pg/mL로 나타났다.
hybrid scaffold 사용 군이 hydrogel 사용 군 보다 혈청 도파민 농도가 높았다.
도파민분비세포를 hybrid scaffold에 넣어 쥐의 뇌 조직에 이식한 뒤 1주일 후, 뇌 조직을 꺼내 면역 조직 화학 검사를 한 결과, 급성기 면역거부반응이 현저히 줄어들었다.
조동우 교수는 “이번에 개발한 hydrogel/3D-frame을 이용, hybrid scaffold를 만들어, 동물 모델에 세포이식을 하게 되면 scaffold 안이나 밖으로 세포의 이동은 매우 힘들지만 hybrid scaffold 내부에 있는 세포에서 분비되는 성장인자와 같은 단백질이나 신경전달물질 등은 투과시킬 수 있게 돼 향후 세포 치료에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
백선하 교수는 “이 약물전달시스템을 이용, 세포치료를 하면, 이식세포가 동물의 면역세포로 부터 공격을 피해 오래도록 생존하게 돼 파킨슨병을 포함한 여러 가지 질병에서 향후 세포 치료의 효용성을 향상 시켜줄 것으로 기대된다”고 전했다.
파킨슨병은 흑질이라는 특정 뇌부위에서 운동에 필요한 신경전달물질인 도파민을 분비하는 신경세포가 계속 파괴되는 질환이다.
이 병은 인구 1,000 명 당 1~2명 비율로 발병하는 것으로 알려져 있다.
국내 파킨슨병환자는 8만~12만명에 이를 것으로 추정된다.
현재 치료약으로는 도파민제제 등 항파킨슨제제가 있다.
약 복용 후 약 10년 이상 지나면 약물치료만으론 정상적인 생활이 불가능하게 돼 뇌심부자극술 등의 수술을 받아야 한다.
지금으로선 약물치료나 뇌심부자극술과 같은 수술적 치료는 모두 파킨슨병의 증상을 완화시키는 것에 그쳐 새 치료법 개발이 다급한 상황이다.
파킨슨병 환자에서 좀 더 근본적인 치료법을 개발하기 위해 도파민을 분비하는 세포를 이식하는 등 세포치료에 대한 연구는 활발히 진행 중에 있지만 면역반응 등에 의해 이식한 세포의 생착 율이 떨어지는 등 문제가 많아 넘어야 할 장벽이 높다는 게 이들 연구팀의 주장이다.
이 같은 상황에서 hybrid scaffold와 같은 새로운 약물전달물질체계 개발은 파킨슨병 환자에게 큰 희망이 될 것으로 기대된다.
기사최종편집일: 2024-04-26 22:33:08
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