다리 부분에 혈액을 공급하는 주요 혈관이 막히면서 조직을 괴사시키고 절단을 초래할 수 있는 중증 하지 허혈(Critical limb ischemia)에서 줄기세포를 체내에 더 효율적으로 투여하고 생존율을 획기적으로 높일 수 있는 줄기세포 치료제가 개발됐다.

 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 김상헌 박사팀은 26일 콜라겐과 히알루론산으로 만든 미세다공성 3차원 조직체와 지방 유래 줄기세포를 결합, 체내 이식이 쉽고 세포 생존율이 높은 3차원 줄기세포 중증 하지 허혈 치료제를 개발했다고 밝혔다.

중증 하지 허혈은 다리 부분에 혈액을 공급하는 주요 혈관이 막혀 발생하는 질환으로 말초동맥 경화증이 심해져 혈액 흐름이 서서히 줄면서 다리 조직 괴사와 절단을 초래한다. 스텐트 삽입 같은 혈관성형술이나 혈전 방지 약물이 치료에 사용되지만, 혈관 손상이나 혈전 재발 위험이 있어 줄기세포 치료법 개발에 대한 관심이 높다.

그러나 줄기세포 치료제는 조직 재생 효과는 좋지만, 단독으로 투여하면 손상 부위의 저산소증, 면역반응 등으로 세포 생존율이 떨어지는 문제가 있다. 세포 생존율을 높이려면 생분해성 고분자나 세포외 기질(Extracellular Matrix) 성분을 지지체로 사용하는 전달체 개발이 필요하다.

연구팀은 이 연구에서 생체적합성 물질인 콜라겐과 히알루론산으로 하이드로젤을 만들고, 이를 다시 마이크로 단위 크기로 가공해 체내 이식이 쉽고 균일한 세포 분포도를 갖는 다공성 3차원 조직체인 콜라겐 마이크로젤을 만들었다. 이어 콜라겐 마이크로젤에서 지방 유래 줄기세포를 배양해 마이크로젤-세포 자기조립화 줄기세포치료제를 완성했다.

연구팀은 콜라겐이 생체적합성과 세포 활성이 우수해 마이크로젤 입자와 줄기세포 내 콜라겐 수용체 간 상호작용을 촉진, 세포의 자기조립을 유도할 수 있고 마이크로젤 입자 사이의 간격은 3차원 조직체의 기공률을 높여 약물 전달효율과 세포 생존율을 높인다고 설명했다.

연구팀이 개발한 마이크로젤-세포 자기조립화 줄기세포 치료제를 중증 하지 허혈 생쥐 모델에 투여한 결과 줄기세포 치료제만 투여하거나 줄기세포와 마이크로젤을 단순히 혼합해 투여한 경우보다 더 많은 혈관 신생인자를 발견해 혈관 재생 효과가 훨씬 높은 것으로 나타났다.

마이크로젤-세포 자기조립화 줄기세포 치료제는 줄기세포만 투여한 경우보다 혈류 흐름 및 혈관 재생 비율이 5~10배 높았고, 줄기세포와 마이크로젤을 단순 혼합해 투여한 경우보다는 혈류 흐름은 약 40%, 하지 근육 및 혈관 재생 비율은 60% 높아진 것으로 나타났다.

연구팀은 이번에 개발된 줄기세포 치료제는 탁월한 혈관 신생 효과를 보여 중증 하지 허혈 질환으로 절단 이외에는 다른 치료 방법이 제한적이었던 환자에게 새로운 대안이 될 수 있을 것이라며 말초동맥질환과 유사한 기전을 가진 다른 질환에도 확장 적용할 수 있다고 밝혔다.

김상헌 박사는 "콜라겐 마이크로젤은 생체적합성이 우수해 임상 등 실용화 가능성이 매우 높은 바이오 신소재"라며 "현재 이 물질을 중증 하지 허혈은 물론 당뇨성 괴사 등 다른 질환에 대한 줄기세포 치료법에도 적용하기 위한 연구를 추진하고 있다"고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 바이오액티브 머티리얼스(Bioactive Materials) 최신호에 게재됐다.