전흥재 교수팀, "무릎 연골뿐만 아니라 다른 장기 재생에 보탬 되도록 할 것"
논문, 세계적 권위지 'npj Regenerative Medicine'와 생물학연구정보센터에 선정, 게재
[보건타임즈] 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 전흥재 교수(사진, 세포조직공학연구소장) 연구팀이 하이드로젤 기반 줄기세포 배양 플랫폼을 개발, 무릎 연골 재생의 단초를 제시했다.
연골은 한 번 손상을 입으면 자가 재생이 어렵다.
무릎의 경우, 뼈끼리 지속해서 부딪히는 부분으로 연골이 닳아 골 관절염과 같은 질환들을 야기하기 쉽다.
현재까지는 치료 시기에 따라 진통소염제 처방, 물리치료, 인공 관절 대체 등의 치료법만이 무릎 연골 질환의 치료법으로 제시되고 있다.
최근 줄기세포를 이용해 무릎 연골을 재생하는 치료법이 등장하면서 최후의 수단인 인공 관절로 대체하는 수술을 늦출 수 있게 됐지만, 세포치료제로서 한계가 있다.
줄기세포 자체의 재생 효과는 뛰어나지만, 무릎 질환 부위에 이식했을 때 다른 부위로 치료제가 퍼져나가는, 즉, 생착률이 현저히 떨어진다는 문제점이 발견됐다.
이에 전 교수팀(세포/조직공학연구소 양대혁 교수, 하미연 박사)은 무릎 연골 재생 연구에 조직공학적 접근을 시도했다.
여러 스캐폴드 중, 줄기세포가 잘 성장할 수 있도록 콜라젠 유래 펩타이드인 GROGER를 도입해 주입할 수 있는 하이드로젤(MPEG-PCL)을 제작했다.
스캐폴드는 생체재료를 사용해 제조된 줄기세포가 점착, 이동, 증식 그리고 분화를 할 수 있는 천연 세포외기질의 인공적 모사체이며, 심장을 재건할 때 허혈 부위에 줄기세포와 함께 점착시킬 수 있는 패치형(patch) 스캐폴드가 가장 강력한 후보다.
또 온도 감응성 생체재료로 줄기세포를 수용액 상태에서 섞어준 뒤, 질환 부위에 주사했을 때 생체 내에서 체온에 의해 순간적으로 젤화, 연골의 결손 부위에 줄기세포가 빈틈없이 잘 정착할 수 있음은 물론, 이식되는 줄기세포의 손실을 최소화함으로써 치료 효능을 극대화하는 치료제를 디자인했다.
시험관 실험에서 하이드로젤 내 줄기세포의 부착과 증식과 분화유전자들의 변화가 유의미하게 증가했으며, 동물실험에서 GFP를 이용한 줄기세포의 추적 결과 4주 이상의 장기간 줄기세포 생존 능력을 보였다.
또 이식된 줄기세포가 손상된 부위의 연골세포로 직접 기능해 뼈 연골 재생 능력이 향상됨을 조직학적과 영상학적으로 입증했다.
이 연구 책임자 전 교수는 "줄기세포를 이용해 개발한 이 생체재료는 성장인자나 면역 인자들을 쉽게 섞어 사용할 수 있어 재생의학 분야에서 효용성이 기대된다"면서 "세포조직공학 연구소가 여러 학문을 융합해 실질적으로 의료분야에 적용될 수 있는 다양한 시각으로 접근해 연구를 수행하는 만큼, 추후 무릎 연골 질환 환자들의 치료뿐만 아니라 줄기세포를 이용한 다른 장기의 재생에도 보탬이 되도록 할 것"이라고 밝혔다.
이 연구는 2014년부터 산업통상자원부의 전략 핵심 소재 기술 개발사업(기능성 의료용 생분해성 폴리에스터 소재 개발)의 지원을 받아 수행됐다.
이 연구 결과를 상세하게 정리한 논문은 '골 연골 재생을 위한 줄기세포가 함유된 GFOGER이 결합된 주사 가능한 하이드로젤(In-situ forming injectable GFOGER-conjugated BMSCs-laden hydrogels for osteochondral regeneration)'이라는 주제로 세계적 권위지 Nature의 자매지로서 조직공학과 재생의학 분야 최고 수준의 저널인 'npj Regenerative Medicine(IF:14.404)'에 게재됐다.
최근 생물학연구정보센터(BRIC, Biological Research Information Center) 한국을 빛내는 사람들(한빛사)에 선정, 등재됐다.
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