연구성과

화공 차형준 교수팀, 홍합 접착으로 줄기세포 붙들어 정착 돕는다…심근경색 · 손상 장기 치료 기대

2019-01-25 297

[상 분리 액상 접착물질을 이용한 줄기세포 전달체 개발]

연구성과_상세_차형준교수_박태윤씨

줄기세포는 아직 특정 세포로 분화되지 않아서 어떤 세포나 조직으로도 만들어질 수 있는 만능 세포다. 이 줄기세포를 활용하면 손상된 장기를 근본적으로 재생할 수 있기 때문에 미래 치료제로 주목받고 있다. 하지만 줄기세포는 사람의 몸속이라는 특수한 수중 환경 때문에 표적 장기로 전달되고 유지되는 것이 모두 어려웠다. 국내 연구팀은 홍합의 접착물질을 이용해 줄기세포를 체내의 표적 장기로 전달하고, 표적 장기에 정착 될 때까지 꽉 붙들어둬서 충분한 시간 동안 효과적으로 유지할 수 있는 혁신적인 기술을 개발해 학계의 관심을 끌고 있다.

화학공학과 차형준 교수팀은 수중 환경에서 바위 등에 강력하게 부착된 홍합에서 유래한 홍합접착단백질과 세포 외 기질의 성분인 히알루론산으로 구성된 상 분리 현상인 코아서베이트(coacervate)를 이용해 체내 표적 부위에 주사를 통해 쉽게 줄기세포를 전달하고 유지할 수 있는 액상의 접착성 전달체를 개발했다. 이 새로운 줄기세포 전달체는 인체에 무해한 생체 적합성 바이오소재를 사용해 체내 줄기세포 전달 및 치료효과를 극대화하는데 핵심적인 역할을 할 전망이다.

성공적인 줄기세포 치료를 위해선 두 가지가 필요하다. 효율적으로 줄기세포를 표적 장기에 정확하게 전달하고 체내 특수 환경에서 충분한 시간 동안 유지될 수 있도록 도와야 한다. 하지만 지금까진 이식된 줄기세포가 표적 장기에 성공적으로 전달·유지되기가 어려웠다.

연구팀은 생체 적합성 소재인 홍합접착단백질과 히알루론산, 그리고 홍합의 코아서베이트를 만드는 과정을 활용했다. 홍합의 상 분리 현상인 액상 코아서베이트 속에 줄기세포를 쉽게 포집하고, 표적 장기에 정확하고 효율적으로 전달하고, 전달된 후에도 상 분리 액상 접착제로 쉽게 와해되지 않고 떨어지지 않아 줄기세포가 오랫동안 표적 장기에 유지될 수 있는 메커니즘이다.

코아서베이트에 포집된 줄기세포는 3차원의 세포 클러스터(cluster) 형태를 지니며 이로 인해 유발되는 줄기세포의 생리학적 변화는 일반 체내 환경뿐만 아니라 저산소 환경(hypoxia)에서도 줄기세포 생존 능력이 우수했다. 뿐만 아니라 줄기세포로서 가지는 성질을 극대화하며, 더 나아가 조직재생에서 매우 중요한 신생 혈관의 형성을 유도하는 것도 확인했다.

연구를 주도한 차 교수는 “처음으로 홍합접착단백질을 이용해 줄기세포 치료제로의 적용 가능성을 확인한 연구라는데 의의가 있다”라며 “줄기세포 치료제가 필요한 심근경색과 같은 만성(chronic) 및 허혈성(ischemic) 질환에 성공적으로 적용할 수 있을 것”이라며 기대감을 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 생체소재 분야의 세계적 권위지인 ‘액타 바이오머터리얼리아(Acta Biomaterialia)’에 최근 온라인 게재되었으며 해양수산부의 ‘해양섬유복합소재 및 바이오플라스틱소재 기술개발’ 연구의 일환으로 수행됐다.