[시사매거진/광주전남] 지스트(광주과학기술원) 신소재공학부 태기융 교수와 단국대학교 나노바이오의과학과 양희석 교수 연구팀은 생체적합 나노입자를 탑재한 중배엽 줄기세포를 이용하여 허혈성 간 손상을 억제하는 기술을 개발했다.

연구팀은 활성산소종에 의해 손상된 조직에서 생존이 힘든 중배엽 줄기세포(Mesenchymal stem cells, MSCs)에 활성산소종 분해효과를 가진 프러시안 블루(Prussian Blue; PB) 나노입자를 탑재하여 줄기세포의 생존율을 높이고 치료효과 인자의 방출도 향상시킬 수 있도록 유도하였다.

심근경색, 뇌졸중, 말초동맥질환, 장기이식 등 다양한 경우에 혈관 막힘에 의한 저산소증이 발생하고, 허혈/재관류에 따른 급격한 산소공급에 의해 과도한 활성산소종이 생성되며 이러한 활성산소종은 직접적인 조직 손상 및 염증 유도에 의한 간접적 조직손상을 야기한다.

손상된 조직에 줄기세포 전달을 이용한 치료는 현재 사용되고 있고 많은 연구가 진행되고 있지만, 손상된 조직의 염증으로 인한 높은 산화스트레스가 줄기세포에 전달되어 치료효과를 줄이기 때문에 그 효과가 제한적이다.

중배엽 줄기세포(MSCs)는 치료효과를 지니는 인자들을 방출하고 면역조절이 가능함에 따라 허혈/재관류 손상을 억제할 수 있어 MSCs를 전달하여 손상을 막으려는 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 과도한 활성산소종이 존재하는 환경에서 MSCs는 현저히 낮은 생존율을 보이며 이는 낮은 치료 효과로 이어지고 있다.

프러시안블루(PB)는 FDA에서 약물로도 승인된 바 있는 생체적합한 나노입자이며, MRI의 조형제 및 광열치료제로도 활용되고 있다. PB 나노입자는 또한 생체내의 카탈라아제(catalase, 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 효소) 및 초과산화물불균등화효소(Superoxide dismutase, 초과산화이온을 산소와 과산화수소로 바꿔 주는 불균등화 반응을 촉매하는 효소)와 유사한 효소특성을 가지는 나노자임(nanozyme)의 특징을 가지고 있다.

연구팀은 활성산소종 분해효과를 가지는 PB 나노입자를 세포 이물흡수 (endocytosis)를 통해 MSC 내부에 탑재하였고, 나노자임이 탑재된 MSCs(PB-MSC)는 활성산소종 환경에서 높은 생존율을 보이며 치료인자의 방출특성을 잘 유지하는 것을 확인했다.

이를 간 허혈/재관류 쥐 모델에 적용하였을 때, 나노자임이 탑재된 MSCs(PB-MSC)는 보통의 MSC에 비해 간 조직의 괴사를 줄일 뿐 아니라 간 기능도 빨리 회복시킬 수 있음을 입증하였다.

지스트 태기융 교수는 “이번 연구 성과는 중간엽 줄기세포외에도 다양한 세포의 생존 및 치료성능 향상에 적용 가능하고, 허혈/재관류 뿐 아니라 다양한 장기 및 조직의 재생에 적용할 수 있어 조직재생용 세포 치료제의 효과를 전체적으로 향상시킬 수 있는 중요한 가능성을 제시했다”고 말했다.

본 연구는 한국연구재단의 기초연구실 사업, 중견연구자 사업, 바이오의료기술개발 사업 등의 지원을 받아 미국화학회 저명 학술지인 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’에 2021년 5월 11일 온라인 게재되었으며 속표지(Supplementary cover) 논문으로 선정되었다.

나현 기자 skgusskgussk@hanmail.net

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