'면역 거부반응' 이종항원 제거→줄기세포 단일배양
공배양 방식 단순화…차세대 생체 인공판막 개발 길 열어
반복된 판막 교체 수술을 겪어야 했던 선천성 심장질환자들에게 새 치료법 개발의 길이 열렸다.
27일 서울대병원 연구진은 심장 수술에 쓰이는 동물 유래 판막의 면역 거부반응과 석회화 위험을 줄이면서, 줄기세포 한 종류만으로 판막을 살아있는 조직처럼 되살리는 '재세포화'에 성공했다고 밝혔다.
임홍국 서울대병원 소아흉부외과 교수 연구진(의생명연구원 김소영 연구교수·소아청소년과 김기범 교수)은 이종항원을 제거한 돼지 심낭에 줄기세포를 단독 주입해 체외·생체 내 재세포화와 석회화 억제 효과를 확인했다. 이건희 소아암·희귀질환 극복사업 재원으로 수행된 이번 연구 결과는 생물의학 공학 분야 국제학술지 '바이오엔지니어링'(Bioengineering) 온라인판에 게재됐다.
현재 심장 수술에선 돼지나 소의 심낭·판막 조직이 이식재로 쓰인다. 그러나 이들 조직엔 사람에게 없는 이종항원이 남아 있어 면역 거부반응을 일으키고, 장기적으로 칼슘이 쌓이는 석회화로 이어져 이식 실패의 주원인이 된다. 이종항원은 인체 면역체계가 이물질로 인식하는 동물 조직 내 물질이다. 이 때문에 이종항원을 제거하고 판막을 몸속에 안정적으로 정착시킬 새로운 기술이 요구돼왔다.
앞서 연구진은 돼지 심낭에서 효소로 이종항원을 제거한 뒤, 사람 지방유래 중간엽 줄기세포와 제대정맥 내피세포를 함께 배양하는 체외 재세포화에 성공한 바 있다. 다만 임상 적용을 위해선 과정을 단순화할 필요가 있었다. 이에 줄기세포 한 종류만 쓰는 단일배양 재세포화를 구현하는 후속 연구를 진행했다.
연구진은 돼지 심낭 조직을 탈세포화한 뒤 두 효소(α-갈락토시다아제·PNGase-F)를 함께 처리해 이종항원(α-Gal·Neu5Gc)을 제거했다. 이어 세포가 잘 부착되도록 특수물질로 표면을 코팅해 이종심장이식편을 제작했다. 이 이식편에 사람 지방유래 줄기세포를 주입해 8주간 배양하며 체외 재세포화를 관찰했다. 탈세포화·글루타르알데하이드 고정·항석회화 처리를 거친 이식편엔 쥐 골수유래 줄기세포를 심어 쥐 피하에 이식한 뒤 생체 내 재세포화와 석회 침착도를 평가했다.
실험 결과 탈세포화 후 두 효소를 함께 사용했을 때 판막 조직 구조는 그대로 유지됐다. 주입된 줄기세포는 28일째 조직 기질 안쪽까지 침투했고 56일째에는 표면과 내부 전반에 세포가 고르게 분포해 시간이 지날수록 세포 침윤과 조직 재형성이 더욱 활발해졌다.
재세포화 관련 단백질(비멘틴·파이브로넥틴·칼포닌·CD31·vWF/팔로이딘) 발현도 모두 늘었다. 연구진은 "이는 줄기세포가 단순히 부착하는 데 그치지 않고 조직 내부로 침투해 새로운 세포로 분화하며 재세포화가 진행됐음을 보여주는 것"이라고 설명했다.
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동물 실험에서도 이식된 판막이 안정적으로 정착했다. 탈세포화 후 글루타르알데하이드 고정 및 항석회화 처리를 거쳐 재새포화된 이식편에서 비멘틴 발현이 더 강하게 나타났고, 석회화 수치도 재세포화되지 않은 군보다 유의하게 낮았다.
임홍국 교수는 "이번 연구는 면역학적 장벽 제거, 세포 정착, 조직 재형성과 석회화 억제를 하나의 플랫폼으로 통합한 점에서 의미가 있다"며 "향후 이 기술을 실제 환자 치료로 연결할 수 있도록 연구를 이어가겠다"고 말했다.
