보건타임즈 : 이대-이대목동병원-고대, 세계 첫 '생체 내 이식 부갑상선조직 재생'

'이화의대 조인호-이대목동병원 김한수-고대 이상훈 교수' 공동 연구
생체 내 부갑상선 조직 이식시 '바이오 지지체 필요했던 한계' 극복
'부갑상선기능저하증, 골다공증 등 예방, 치료제 개발' 기대

[보건타임즈] 최근 이대와 고대 국내대학 공동연구진이 세계 최초로 바이오 지지체의 도움 없이 생체 내 직접 이식할 수 있는 부갑상선 조직 재생에 성공했다.((논문 ☞ http://www.bktimes.net/data/board_notice/1458266202-67.pdf)

조인호 교수

김한수 교수

이상훈 교수

이화여자대학교 의과대학 편도줄기세포 연구센터(센터장 조인호 교수) 조인호 교수, 이대목동병원 이비인후-두경부외과 김한수 교수와 고려대학교 보건과학대학 바이오의공학부 이상훈 교수 공동 연구팀은 부갑상선 조직의 생체 내 이식시 바이오 지지체가 필요했던 한계를 극복, 부갑상선조직을 재생했다고 밝혔다.

이화의대 조인호 교수팀은 지난해 편도선 절제 수술 후 제거돼 폐기되는 편도선 조직으로부터 성체줄기세포를 추출, 부갑상선 호르몬이 분비되는 부갑상선세포로 분화시키는 데 세계에서 처음으로 성공했다.

그러나 생체 내 부갑상선 조직으로서 기능을 회복시키기 위해 생체 밖에서 배양된 편도줄기세포를 반드시 스캐폴드(바이오 지지체)와 혼입, 이식해야 했다.
스캐폴드(Scaffold)는 인공적으로 만든 세포외 기질(Extracellular Matrix ECM)과 같은 역할을 하는 3차원 지지체로서 조직 구축과 세포 기능을 제어한다.
주입된 줄기세포의 지지대와 줄기세포가 주입한 곳에 잘 붙어 있도록 접착 유도물질 역할을 한다.

이번엔 고대 이상훈 교수와 공동 연구를 통해 생체 밖에서 인간 편도줄기세포를 단일 세포 1,000개 이상이 모여 3차원의 구 형태를 이루는 세포 집합체 스페로이드 형태로 배양, 생체 내에 이식함으로써 스캐폴드를 사용하지 않고도 손상된 부갑상선 조직을 재생할 수 있게 됐다.
이로써 부갑상선기능저하증, 골다공증 등 예방과 치료제 개발에 기대를 걸게 됐다.

이 연구에 따르면 생체 밖에서 제조된 3차원의 편도줄기세포를 스페로이드 형태로 분화시킨 후 스캐폴드 없이 부갑상선을 제거한 쥐의 생체에 이식, 90여일의 장시간이 경과한 후 혈액 내 부갑상선 호르몬과 칼슘의 결핍을 거의 원상태로 복원(위 그림 절차도)시켰으며 부갑상선을 제거했던 쥐의 사망률이 현저하게 감소했다.
스페로이드(Spheroid)는 단일 세포 1,000개 이상이 모여 3차원의 구 형태를 이루는 세포 집합체다.

더 흥미로운 사실은 편도줄기세포를 스페로이드로 분화시켜 생체 내에 이식한 쥐의 경우, 초기 4일 안에 40%의 사망률을 보였지만 살아남은 쥐는 90여 일 동안 정상생활을 했다는 게 연구팀의 설명이다.
반면 스페로이드를 처리하지 않은 부갑상선 제거 쥐는 9일 이내 모두 사망했다.

이 결과대로라면 편도줄기세포를 스페로이드로 분화시켜 1회 이식해도 장기간 동안 부갑상선 기능을 거의 완벽하게 복원할 수 있을 것으로 기대된다.

부갑상선(parathyroid gland, 副甲狀腺)은 갑상선의 뒤쪽에 위치한 노란색 쌀알 반 정도 크기의 내분비기관이며 갑상선의 상하 좌우에 모두 4개가 있다.
부갑상샘 호르몬을 만들고 분비하며 우리 몸의 칼슘 대사를 조절하는 역할을 한다.
부갑상선 호르몬은 비타민 D와 함께 칼슘을 뼈에서 혈액 중으로 내보내거나 신장이나 장으로부터 흡수해 혈액 중 칼슘 농도를 상승시키는 역할을 한다.
부갑상선은 혈액 중의 칼슘 농도가 상승되면 부갑상선 호르몬 분비를 떨어뜨려 혈액 중 칼슘 이온의 농도를 일정하게 유지시킨다.

부갑상선은 갑상선암 수술이나 갑상선기능항진증에 의해 전체 또는 일부의 기능이 손상되면 부갑상선기능저하증을 일으킴으로써 결국엔 칼슘 대사에 이상이 생겨 신경, 근육, 골격과 신장 등에 질환을 일으킨다.
부갑상선 기능 저하증(hypoparathyroidism)은 부갑상선 호르몬의 분비나 작용이 감소하는 기능 장애로 혈중 칼슘이 낮아져 생기는 저 칼슘혈증에 따른 손발의 저림, 무감각, 근육통, 복통, 피부 건조증, 의식장애 등 여러 증상이 발생하는 질환을 말한다.

급성기에 심한 저칼슘혈증이 동반되면 생명을 위협할 수 있는 심각한 상황이 발생, 신속하게 칼슘을 정맥에 주사해야 한다.
만성기 치료는 칼슘과 비타민 D를 경구로 보충해 주는 것이 주 치료 방법이다.
현재까지 부갑상선기능저하증의 치료는 평생 동안 칼슘과 비타민 D를 복용해야 한다.
이와 함께 정기적으로 칼슘과 비타민 D 농도를 측정, 적절한 농도를 유지하는지 확인해야 한다.
최근엔 합성 부갑상선 호르몬을 매일 주사하는 방법이 제안되곤 하지만 가격이 비싼데다 부작용을 우려해 최장 2년만 사용이 가능하다.

이를 대체할 치료법을 찾던 이화여대 연구팀은 편도절제술 시 버려지는 편도조직으로부터 편도줄기세포를 추출한 후, 스캐폴드와 혼입. 생체 내에 함으로써 부갑상선 치료에 응용할 수 있다는 가능성을 동물실험을 통해 확인, 제시한 것이다.

그러나 스캐폴드는 여전히 감염, 면역 거부 등의 문제가 산재, 임상 적용에 제한을 가져왔다.
이 연구는 스캐폴드 없이 3차원 스페로이드 형태의 편도줄기세포를 배양하는 기술을 통해 손상된 부갑상선 조직의 기능을 복원함으로써 한계로 여겨졌던 문제를 해결, 극복하는 동시에 생체 내에서 칼슘 농도를 조절하는 부갑상선 호르몬을 효과적으로 생산할 수 있는 새로운 방법을 제시했다는 평가를 받고 있다.

이 연구의 가치는 배양된 편도줄기세포를 바이오 지지체 없이 이식이 가능하게 만들어냄으로써 임상적으로 더 활용도를 더 높인 진일보된 결과라는 게 학계의 시각이다.

향후 이러한 기술이 부갑상선기능저하증 이외에 칼슘대사와 연관성이 있는 골다공증 등의 예방 또는 치료용 임상 치료제로서 적용 범위를 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구는 한국연구재단의 연구비(NRF-2012M3A9C6049728; 연구책임자 조인호, NRF-2015R1A2A1A09004998; 연구책임자 이상훈, NRF-2013R1A1A3007591;연구책임자 박윤신)와 보건복지부 보건산업진흥원의 연구비(HI14C-1557-020014;연구책임자 박윤신) 지원을 받아 수행됐다.

이 연구논문은 지난 2일 생체소재 분야의 권위지 '악타 바이오메터리얼리아(Acta Biomaterialia; IF, 6.03)' 온라인 판에 발표했다.