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문화 · 스포츠라이프
'복합 줄기세포 3D패치'로 손상된 심장근육 재생 성공

韓·싱가포르 연구팀 기술 개발

심장에 각종 성장인자 대량 전달

큰 동물 등 대상 실험 거쳐야해

환자 적용은 4~5년 이상 걸릴듯

국내외 연구진이 심근경색으로 손상된 심장근육 부위에 두 가지 줄기세포 등과 생체친화적 ‘고분자 폴리머 그물망’으로 만든 3차원(3D) 심장패치를 붙여 효율적으로 재생시키는 데 성공했다.

27일 가톨릭대 서울성모병원에 따르면 박훈준 순환기내과 교수팀(박봉우 박사과정·정수현 연구원), 반기원 홍콩시립대 교수, 장진아 포스텍 교수팀(산스크리타 다스 박사)은 이런 방식으로 손상된 심장 부위의 심근과 혈관을 재생하는 기술과 치료제 등을 개발했다.

심장재생 분야는 전 세계적으로 성체줄기세포 연구가 꾸준히 이뤄져 왔지만 임상시험에서 좌심실의 심장기능 개선 정도(심구혈률·구획단축률)가 2~4% 안팎에 그치는 실정이다. 손상된 심장의 척박한 미세환경, 지속적으로 박동하는 심장의 특성 때문에 줄기세포의 생존기간이 짧아 심장근육 재생에 필요한 각종 성장인자를 심장에 충분하게 전달하지 못했기 때문이다.

반면 공동연구팀이 개발한 3D 심장패치를 심근경색 모델 쥐에 이식했더니 좌심실의 기능이 크게 향상됐다.





3D 패치에는 △심장근육으로 분화할 골수 유래 중간엽줄기세포 △심장근육 재생에 필요한 각종 성장인자를 많이 만들어내도록 설계한 유전자재조합 간세포성장인자(HGF) 줄기세포가 들어간다. 전자는 가톨릭중앙의료원 산하 가톨릭세포치료사업단의 ‘가톨릭 마스터세포’, 후자는 ㈜에스엘바이젠이 개발한 유전자재조합 HGF를 썼다. 유전자재조합 HGF 줄기세포는 암세포화 가능성을 차단하기 위해 생체 내에서 1~2주만 생존하도록 방사선(100cGy)을 조사해 최종 세포주를 제작했다.

박 교수는 “다량의 줄기세포 2종이 생체 내 심장패치 안에서 1~2주 생존하는 동안 매우 많은 양의 성장인자를 뿜어내 4주가량 심장에 전달하는 것으로 분석됐다”며 설명했다.



연구 결과 두 세포를 1대1로 섞어 넣어준 심장패치가 둘 중 한 가지만 사용한 심장패치보다 효과가 훨씬 좋았다. 또한 심근경색 후 유발되는 섬유화를 줄이고 새로 생긴 심장근육 모세혈관의 밀도도 높았다.

고분자 폴리머 그물망은 티앤알바이오팹에서 바이오 프린팅 기법으로 제작했는데 3D 패치가 손상된 심장근육 부위에 잘 붙어 있게 꿰매주는 방법을 적용했다. 패치에서 줄기세포 등이 일정 기간 살아남아 심장재생을 촉진하는 각종 성장인자를 내뿜을 수 있게 집 역할을 해주는 지지체로는 콜라겐 등으로 이뤄진 돼지 심장의 세포외 기질을 사용했다. 심근경색 모델 쥐에 이식할 때 생기는 면역거부 반응을 없애기 위해 돼지 세포를 없앤(탈세포화) 것을 썼다. 사람의 손상된 심장판막 등을 인공판막으로 교체할 때는 소의 심장 바깥쪽 막(심외막)을 탈세포 처리해 쓴다.

다만 심근경색 환자에게 적용하기까지는 4~5년 이상이 걸릴 것으로 보인다. 박 교수는 “큰 동물을 대상으로 한 실험을 거쳐야 사람에게 이 치료기술을 적용할 수 있다”며 “중증 심근경색 환자에게 3D 심장패치를 이식할 경우 가슴을 열고 관상동맥우회술을 할 때 심장근육 괴사 부위에 패치를 부착하면 된다”고 했다. 그는 “골수 유래 중간엽줄기세포를 괴사한 심장근육 부위에 주사하는 방법을 함께 사용하면 효과를 극대화할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스어드밴시스’에 발표됐다.

심혈관계 질환은 전 세계 사망원인 중 1위다. 심장은 수축과 이완을 끊임없이 반복하며 혈액을 전신에 공급하는 펌프 역할을 한다. 하지만 심장근육에 혈액을 공급하는 관상동맥이 혈전 등으로 인해 갑자기 막히면 심장근육이 심각하게 손상되고 재생 능력도 떨어져 점차 본래 기능을 상실해 심부전으로 사망하게 된다. /임웅재기자 jaelim@sedaily.com
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바이오IT부 임웅재 기자 jaelim@sedaily.com
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2020.06.05 17:08:15시 기준