중증하지허혈 치료 가능성을 높일 것으로 기대되는 콜라겐 마이크로젤을 기반으로 한 차세대 줄기세포 치료제가 개발됐다.

한국과학기술연구원 생체재료연구센터 김상헌 책임연구원 연구팀이 신소재 마이크로젤을 이용한 줄기세포의 자기조립화 플랫폼 기술을 통해 3차원 줄기세포 중증하지허혈 치료제를 개발했다고 밝혔다. 

중증하지허혈은 다리에 혈액을 공급하는 주요 혈관이 막혀 발생하는 말초동맥질환의 심각한 단계를 의미한다.

혈액 흐름이 서서히 줄어들고 하지동맥이 점진적으로 폐쇄돼 다리 조직이 괴사되고 절단이 불가피한 상태에 이를 수 있다.

중증하지허혈 치료를 위해서는 스텐트 삽입과 같은 혈관성형술이나 혈전방지약물이 쓰이고 있지만 혈관 손상이나 혈전 재발 위험이 있어 줄기세포를 활용한 치료법 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.

줄기세포 치료제는 높은 조직 재생 능력을 지니고 있지만 줄기세포를 단독으로 이식할 때 유발되는 손상 부위의 저산소증, 면역반응 등으로 인해 세포 생존율이 떨어진다. 줄기세포 치료제의 세포 생존율을 높이기 위해서는 생분해성 고분자나 세포외 기질의 성분을 지지체로 사용해 줄기세포를 전달하는 소재 개발이 필요하다.

연구팀은 콜라겐 하이드로젤을 마이크로 단위의 크기로 가공해 체내 이식이 쉽고 균일한 세포분포도를 갖는 다공성 3차원 조직체를 만들었다.

세포외 기질의 구성성분인 콜라겐은 생체적합성과 세포 활성이 우수하다. 또 마이크로 단위로 가공한 콜라겐 하이드로젤 입자인 마이크로젤과 줄기세포 내 콜라겐 수용체 간 상호작용은 세포의 자기조립을 유도할 수 있다.

마이크로젤 입자 사이의 간격은 3차원 조직체의 기공률(세포 간 공간 비율)을 높여 약물 전달효율과 세포 생존율도 높인다.  

연구팀이 개발한 마이크로젤-줄기세포 조직체는 세포만으로 구성된 조직체보다 많은 혈관신생인자를 발현해 높은 혈관 재생 능력을 보였다.

중증하지허혈을 가진 실험용 쥐의 근육조직에 마이크로젤-줄기세포 조직체를 주입하자 세포 단독 조직체 대비 혈류 흐름은 약 40% 증가했고 하지 근육 및 혈관 재생 비율은 60% 높아졌다.

혈류량과 허혈 부위의 괴사를 예방하는 효과를 확인한 것이다. 

또한 혈관 신생은 다양한 조직 재생 과정에서 필수적인 요소이기 때문에 말초동맥질환과 유사한 메커니즘을 가진 다른 질환에도 확장 적용할 수 있을 것으로 보인다. 

김상헌 책임연구원은 “연구팀이 개발한 콜라겐 마이크로젤은 생체적합성이 우수해 임상 등 실용화 가능성이 매우 높은 바이오 신소재”라며 “의료현장에서 요구하는 투여 방법에 대한 기술 개발, 치료제의 명확한 작용기전 규명 및 타겟인자 발굴 등 후속 연구를 추진할 계획“이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Bioactive Materials’에 게재됐다.