‘심장 조직 재생 패치형 바이모달 스캐폴드’ 개발

합성 PLGA 나노·마이크로섬유로 구성 - 줄기세포 생착시간 ‘48시간 → 4주 이상’ ↑…심장 기능 개선

줄기세포 생착시간과 심장 기능을 크게 개선시킨 새로운 심장 조직 재생 패치가 개발됐다.

가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원은 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 전흥재 교수(세포조직공학연구소장)가 가톨릭중앙의료원 산하 임상연구팀들과 함께 다학제적 연구를 통해 ‘심장 조직 재생을 위한 패치’를 개발했다고 17일 밝혔다.

전흥재 교수팀이 개발한 패치는 천연 세포외기질의 구성성분인 콜라겐 나노섬유와 수술용으로 널리 사용되는 합성 PLGA 마이크로섬유로 구성된 새로운 나노/마이크로 두 가지 형태의 복합 섬유 패치형 바이모달 (bi-modal) 스캐폴드다.

이들은 독립적인 노즐 제어 다중 전기방사 장치를 사용해 제작됐으며, 전흥재 교수팀은 응급의학과(여의도성모병원 위정희 교수), 순환기내과(성빈센트병원 유기동 교수), 흉부외과(부천성모병원 심성보 교수) 등의 유수의 임상연구진들과 함께 새로 개발한 바이모달 패치의 심장조직공학제제로서 실현 가능성을 검토했다.

줄기세포 함유 심장 패치로 실현 가능성에 대해 체계적으로 조사한 결과, Col/PLGA 패치의 나노/마이크로 바이모달 분포는 4-6% 콜라겐 농도 범위에서 나타났으며, 콜라겐의 약한 기계적 성질과 PLGA의 소수성 성질은 공동 전기방사에 의해 개선됐다. 

또한, 골수 유래 중간엽 줄기세포(BMSC)를 사용한 시험관 내 실험에서 Col/PLGA는 PLGA에 비해 향상된 세포 적합성 및 증식 능력을 보였고 콜라겐 함량이 증가함에 따라 그 정도가 증가한 것으로 나타났다. 

나노 입자 및 GFP(녹색형광단백질)가 표지된 BMSC를 추적한 결과는 Col/PLGA가 장기간 줄기세포 보유 능력을 보유해 줄기세포가 심근 및 혈관 내피세포로 직접 기능하거나 회복인자를 분비할 수 있음을 강력하게 뒷받침했고, 결과적으로 조직학적 및 심초음파 소견으로 입증된 심장 기능 개선으로 이어졌다.

동물실험에서는 기존의 세포치료 방식으로 이식된 세포의 생착 기간이 48시간인 것에 비해 압도적인 4주 이상의 장기간 줄기세포 생착 능력을 보여줬으며, 이식된 줄기세포가 심근 및 혈관 내피세포로 직접 기능하거나 회복인자를 분비할 수 있음을 강력하게 뒷받침함으로써 조직학적 및 심초음파 소견으로 심장 기능을 크게 개선했다.

전흥재 교수는 “본 연구는 공학, 기초 및 임상의학이 접목된 다학제적 과제이고 그 결과를 도출하는데 어려움이 있었으나 연구진들의 적극적인 참여로 좋은 결과를 얻을 수 있었다”라며 “이번 연구의 후속으로 진행 중인 대동물 및 CT 등의 영상의학 결과가 포함된 보다 실용화에 가까운 연구 결과를 가까운 시일 내로 발표할 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 ‘심근 재생을 위한 줄기세포 탑재 나노 및 마이크로 콜라겐/PLGA 바이모달 섬유 패치(Stem cell laden nano and micro collagen/PLGA bimodal fibrous patches for myocardial regeneration)’라는 제목으로 세계적 생체재료학회지 ‘biomaterials research (IF:15.863)’에 게재됐다.

더불어 생물학연구정보센터(BRIC, Biological Research Information Center) “한국을 빛는 사람들(한빛사)”에 선정·등재됐다.