손상 콜라겐 찾아 붙는다…가톨릭 연구팀, 심근세포 생착 높인 기술 개발

[더파워 이설아 기자] 심근경색으로 손상된 심장 부위에 이식한 심근세포가 더 잘 붙도록 세포 표면을 바꾸는 기술이 개발됐다. 손상 조직에 많은 변성 콜라겐을 이식 세포가 선택적으로 인식하도록 설계해 세포 생착과 심장 기능 회복 효과를 높이는 방식이다.

가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 구희범 교수와 가톨릭대학교 의정부성모병원 순환기내과 박훈준 교수 공동 연구팀은 인간 만능줄기세포 유래 심근세포의 표면을 개질해 손상된 심장 조직에 선택적으로 결합시키는 새로운 세포치료 전략을 제시했다고 밝혔다. 연구에는 가톨릭대학교 의과대학 이동현·심우섭·박재현 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

급성 심근경색은 관상동맥 혈류가 차단되면서 심근이 손상되거나 괴사하는 질환이다. 심장은 자체 재생 능력이 제한돼 소실된 심근세포를 대체하기 위한 방안으로 인간 만능줄기세포 유래 심근세포 치료가 연구되고 있지만, 이식된 세포가 손상 부위에 충분히 남아 생존하지 못하는 문제가 치료 효과를 높이는 데 걸림돌로 꼽혀 왔다.

연구팀은 심근경색으로 손상된 조직의 세포외기질에 변성 콜라겐이 많이 존재한다는 점에 주목했다. 지질 삽입 기술로 심근세포 표면을 개질한 뒤 클릭화학을 이용해 콜라겐 결합 펩타이드(CHP)를 세포 표면에 부착했다.

이 방식은 별도의 유전자 조작 없이 약 1시간 이내에 심근세포 표면에 CHP를 균일하게 도입할 수 있도록 설계됐다. 표면이 개질된 심근세포가 정상 콜라겐이 아닌 손상 조직의 변성 콜라겐을 인식해 해당 부위에 더 효과적으로 부착하도록 한 것이다.

실험에서 CHP로 표면을 개질한 심근세포는 심근경색으로 변성된 콜라겐에 선택적으로 결합했다. 세포 표면을 개질한 이후에도 심근세포의 구조와 전기생리학적·대사적 기능은 유지된 것으로 나타났다.

연구팀은 이어 허혈-재관류 손상 동물 모델에서 심근경색 발생 7일 뒤 표면 개질 심근세포를 경색 경계부에 이식했다. 그 결과 이식 1주차부터 좌심실 박출률과 단축률이 대조군 및 표면을 개질하지 않은 심근세포 이식군보다 유의하게 높게 유지됐다.

6주간의 관찰에서도 부정적 심장 재형성이 억제됐으며 심박출량과 수축 기능도 다른 실험군보다 우수한 것으로 확인됐다. 이번 결과는 동물 모델에서 확인된 것으로, 연구팀은 향후 다양한 세포치료제에 적용할 수 있는 표면 개질 플랫폼으로 기술을 발전시킬 계획이다.

구희범 교수는 "이번 연구는 클릭화학을 이용해 줄기세포 표면에 원하는 기능성 물질을 빠르고 균일하게 도입할 수 있음을 보여줬다"며 "향후 다양한 세포치료제의 기능을 높이는 범용 표면 개질 플랫폼으로 발전시킬 계획"이라고 말했다.

이번 연구는 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단과 한국연구재단, 범부처재생의료기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 생체재료 분야 국제학술지 ‘Bioactive Materials’에 최근 온라인 게재됐다.

이설아 더파워 기자 seolnews@thepowernews.co.kr