<연세소식>에서는 2017년 우리 대학이 선도하는 융합연구의 오늘을 조명한다. 지난 60년간 우리 대학교와 세브란스가 함께 쌓아온 연구력을 바탕으로 다양한 학문의 융합을 이루고 있는 연세 융합 연구의 이모저모를 나누고자 한다. 그 세 번째 순서로 우리 대학 공대와 의대가 함께 연구하고 있는 ‘난치성 창상 치료를 위한 광열기반 시트형 줄기세포치료제 개발’ 연구과제를 소개한다.

만성 창상 줄기세포 치료의 새로운 길

고분자 물질의 복잡한 공정단계 단순화해 세포시트 생산 향상

공대에서 공정 확립하고 의대에서 유효성 검증

설립배경 및 연구내용

당뇨발, 방사선궤양, 욕창 등으로 대표되는 만성 창상은 충분히 치료하더라도 상처 치유가 지연되는 질병이다. 이는 환자의 가정 및 사회생활에 많은 불편을 야기하므로 환자가 정상적인 생활로 빨리 복귀할 수 있도록 많은 치료법들이 개발되어 왔다. 현 시점에서 가장 유망하게 연구 및 개발되는 방법은 줄기세포를 이용한 세포치료제라 할 수 있으며, 실험실적으로는 그 효용성이 인정되고 있으나 사람에게 투여하기에는 아직 걸음마 단계이다.

지금까지의 줄기세포를 이용한 창상 치료법은 세포를 배양한 후 효소처리를 통해 세포를 배양용기로부터 떼어낸 후 병변에 직접 주사하는 방식으로, 세포간 상호작용이 소실된 상태로 적용되어 왔다. 세포간 상호작용이 없는 경우 세포의 성장인자 분비 능력이 떨어지고 세포가 원하는 위치에 계속 존재하도록 하기가 어려워 창상 부위에서 충분한 효과를 발휘한다고 볼 수 없는 단점이 있었다.

이러한 단점을 극복하기 위해 배양된 세포에서 개별적인 세포로 분리하지 않고 세포간 상호작용을 유지한 상태로 환자에게 적용하기 위해 시트형으로 탈착하는 방법이 개발되었다. 주로 온도감응성 고분자를 활용하여 세포시트 형태로 탈착하는 기술이 알려져 있으나, 세포탈착을 위해 세포를 저온상태에서 장시간 노출이 되어야 하므로 지속적인 저온자극이 세포대사의 저해 및 괴사를 유도할 수 있고, 또한 고분자 물질을 준비하기 위해서는 복잡한 공정단계를 수행해야 하는 번거로움이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 본 연구팀에서는 고분자 물질의 복잡한 공정단계를 단순화 하고, 전도성 고분자의 광열효과(Photo-Thermal effect)를 활용하여 세포탈착이 가능한 기술을 독자 개발하여 만성 창상 치료를 위한 세포 시트생산에 활용하고자 했다. 생체에 무해한 근적외선을 이용하여 수초 이내에 전도성 고분자에서 발생되는 열을 이용하고, 열에 반응하는 단백질을 이용하여 세포시트를 수확하는 방법으로 세포에 전달되는 온도자극 또한 최소화 할 수 있다. 쉽고 빠르게 제작 가능한 세포 배양 용기 또한 독자적인 기술로 개발했다. 이 밖에도 근적외선 광학기술을 더욱 확장해 다양한 패턴 형태 및 크기로 세포시트를 탈착할 수 있고 한 번에 여러 개의 세포시트를 수확할 수 있어, 이러한 기술을 통해 만성 창상 줄기세포 치료법의 새로운 방법을 제시하고 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구 현황 및 성과

본 연구는 2015년 전반기에 보건산업진흥원의 첨단의료기술개발 줄기세포 재생의료과제에 선정되어 정부로부터 3년간 15억 원의 연구비를 받아 진행되고 있으며 현재 2년차에 접어들었다. 두 개의 세부과제로 개발 중이며, 1세부과제는 유대현 교수가 공대에서 제작된 줄기세포 시트를 생물학적 특성을 밝히고 동물실험을 통해 유효성을 검증하고 있다. 2세부과제는 공대 화공생명공학과의 김은경 교수가 맡고 있으며 줄기세포 시트 제작 공정 확립 및 검증을 담당하고 있다.

1차년도에 지방줄기세포 정제 및 세포시트 제작에 성공했으며, 전도성 고분자의 광열특성 제어를 통해 더 효과적인 줄기세포시트 탈착 기술을 개발했다. 제작된 줄기세포 시트는 임상적 활용이 가능한 충분한 세포 생존율을 보였으며, 기존의 용액 상태의 치료제보다 창상 치유에 도움을 주는 성장인자 분비가 활발한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 일반 창상모델에서 우월한 창상 치료능력이 있음이 증명되었다.

2차년도에는 광학제어를 통한 줄기세포 시트의 모양, 크기 제어 기술을 비롯해 광열효과가 더욱 증가된 전도성 고분자를 개발하여 줄기 세포 시트를 단시간에 효율적으로 수확하는 기술을 개발하고 있다. 또한, 당뇨 및 방사선 창상 동물모델에서 실험 결과 빠른 치유를 보이는 것을 관찰할 수 있었다. 남은 기간 동안 이러한 결과를 토대로 인간지방유래 줄기세포 시트를 실제 난치성 만성창상 환자에게 적용하여 그 유효성과 안전성을 검증할 예정이다. 이를 위해 식약처의 허가를 획득하고 임상시험을 진행해야 하므로 이러한 과정에 필요한 데이터들도 수집하고 있다.

참여 교수진

연구 총괄 책임자:

의과대학 성형외과학교실 유대현 교수

1세부과제 책임자 및 공동연구원:

유대현 교수, 송승용 교수, 양채은 교수, 박은영 연구원(이상 의대 성형외과학교실) 김현옥 교수, 허준석 연구원(이상 세포치료센터)

2세부과제 책임자 및 공동연구원:

김은경 교수, 나종범 연구원, 한민수 연구원, 김병관 연구원(이상 공과대학 화공생명공학과)