가톨릭의대 의생명과학교실 전흥재 교수 연구팀이 하이드로젤 기반 줄기세포 배양 플랫폼을 개발하며 무릎 연골 재생의 단초를 제시했다.

최근 줄기세포를 이용해 무릎 연골을 재생하는 치료법이 등장하면서 최후의 수단인 인공관절로 대체하는 수술을 늦출 수 있게 됐지만 세포치료제로서의 한계점이 있다.

줄기세포 자체의 재생효과는 뛰어나지만, 무릎 질환 부위에 이식했을 때 다른 부위로 치료제가 퍼져나가는 생착률이 현저히 떨어지는 것이다.

이에 전흥재 교수팀(세포/조직공학연구소 양대혁 교수, 하미연 박사)은 무릎 연골 재생 연구에 조직공학적 접근을 시도했다.

우선 전 교수팀은 여러 스캐폴드 중, 줄기세포가 잘 성장할 수 있도록 콜라젠 유래 펩타이드인 GROGER를 도입해 주입할 수 있는 하이드로젤(MPEG-PCL)을 제작했다.

또 온도 감응성 생체재료로 줄기세포를 수용액 상태에서 섞어준 뒤, 질환 부위에 주사했을 때 생체 내에서 체온에 의해 순간적으로 젤화돼 연골 결손부위에 줄기세포가 빈틈없이 잘 정착할 수 있음은 물론, 이식되는 줄기세포의 손실을 최소화함으로써 치료 효능을 극대화하는 치료제를 디자인했다.

이 결과 시험관 실험에서 하이드로젤 내 줄기세포의 부착과 증식 및 분화 관련한 유전자들의 변화가 유의미하게 증가했다.

아울러 동물실험에서 GFP를 이용한 줄기세포의 추적 결과 4주 이상의 장기간동안 줄기세포 생존 능력을 보였다. 또 이식된 줄기세포가 손상된 부위의 연골세포로 직접 기능해 뼈 연골 재생 능력이 향상됨을 조직학적 및 영상학적으로 입증했다.

전흥재 교수는 “줄기세포를 이용해 개발한 이 생체재료는 성장인자나 면역 관련 인자들을 쉽게 섞어 사용할 수 있어 재생의학 분야에서의 효용성 또한 기대된다”며 “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.

이번 연구결과는 조직공학과 재생의학 분야 국제학술지 'npj Regenerative Medicine(IF:14.404)'에 게재됐다.