DGIST(대구경북과학기술원) 연구팀이 기존의 줄기세포 치료의 단점을 보완할 수 있는 인공 단백질을 제조해 이를 이용한 재생의료 기술을 개발했다.
DGIST 나노·에너지융합연구부 최성균 선임연구원(제1저자)과 전원배 책임연구원(교신저자) 연구팀이 인공 세포외 기질 단백질을 제조해 줄기세포의 생존 증대와 조직 재생 효율을 높일 수 있는 재생의료 기술을 개발했다.
연구팀은 인테그린 수용체를 활성화해 세포기질을 대체할 수 있는 온도감응 재조합 단백질을 세계 최초로 개발했으며, 연구팀이 개발한 인공 세포외 기질 단백질을 줄기세포와 복합적으로 치료할 경우 기존의 줄기세포 치료의 한계를 보완할 수 있는 원천기술이다.
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| ▲ 줄기세포 기능 향상시키는 재생의료 기술 개발을 한 DGIST 최성균 선임연구원(왼쪽), 전원배 책임연구원 | ||
줄기세포는 손상된 조직이나 장기를 복원하는데 중요한 역할을 하는 세포로 재생의학 분야에서 전세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 줄기세포를 단독으로 적용하는 시술이나 제품의 사용 등 기존의 줄기세포 치료는 이식된 줄기세포의 초기 생존율 및 세포 정착률이 현저히 낮아 치료 효율이 떨어진다는 사실이 한계로 지적돼왔다.
연구팀은 조직 재생의 효율을 극대화하기 위해서는 손상된 세포외 기질을 대체할 수 있는 생체소재 개발이 필수적이라는 사실에 착안해 인공 세포외 기질 단백질인 온도감응 재조합 단백질을 제작했다.
인공 세포외 기질 단백질은 섭씨 20도 이하에서는 용액에 녹아있지만, 신체온도인 섭씨 37도에서는 젤로 바뀌는 특성을 나타낸다. 이러한 특성을 가진 인공 세포외 기질 단백질을 활용할 경우 손상된 피부조직에서 이식된 줄기세포의 생존율이 30% 이상 향상되는 것을 확인했으며, 줄기세포 단독으로 처리한 치료에 비해 효과가 향상됐다.
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또한, 인공 세포외 기질 단백질을 동물실험에 이용해 조직학적 검사 및 혈액 면역검사를 진행할 결과 체내 염증과 면역반응이 일어나지 않는다는 사실도 확인했다.
개발된 인공세포외 기질 단백질을 이용해 단백질-줄기세포 복합체 형성을 유도했으며, 유도된 복합체는 피부전층결손 동물실험에서 이식된 줄기세포의 생존율을 높이고, 손상된 피부조직 재생을 촉진하는 것을 증명했다. 이러한 줄기세포를 이용한 조직재생 치료 기술의 개발은 기존 줄기세포 치료의 한계를 극복하고 새로운 치료법 개발 연구에 활용될 것으로 기대된다.
◆ 기존 줄기세포 치료 한계 극복할 새로운 기술에 활용
인공 세포외 기질 단백질을 이용한 줄기세포 조직 재생 기술은 세포의 증식과 분화, 인슐린을 생산하는 베타세포의 기능을 촉진하는 것을 확인했으며 신경과 연골, 안면, 췌장 이식 등의 분야에서 줄기세포를 이용한 획기적인 치료법 개발에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
DGIST 나노·에너지융합연구부 최성균 선임연구원은 “줄기세포의 이식 후 생존율을 높이고, 이식된 조직 내에서 정착율을 높이는 기술을 개발한 것이 이번 연구의 의의”라며 “앞으로 안정성 문제와 효율성을 높여 줄기세포를 이용한 치료법을 개발할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.
한편, 이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지 ‘저널 오브 콘트롤드 릴리즈(Journal of Controlled Release)’ 온라인판 11일자에 게재됐다.
