GIST, 심근 경색 후 심장 기능 회복 돕는 그래핀 기반 줄기세포 전달 수화젤 개발

GIST, 신소재공학부 이재영·생명과학부 다런 윌리엄스 교수팀

연구결과 재료분야 저명 국제학술지 ‘Biomaterials’에 논문 게재

산화스트레스 환경에서 항산화 수화젤에 담지된 중간엽줄기세포와 심근세포와의 공배양에 의한 심근세포의 생존 및 성숙도 향상 (상). 흰 쥐를 이용한 심근경색 동물 모델에서 중간엽줄기세포 및 항산화 수화젤의 이식 2주 후 심근 회복 비교 (하)

GIST(지스트, 총장 김기선) 신소재공학부 이재영 교수·생명과학부 다런 윌리엄스 교수팀이 중간엽 줄기세포를 담지한 그래핀/알긴산 마이크로 수화젤이 심근 경색 이후 심장 조직 재생을 돕는 사실을 밝혀냈다.

중간엽 줄기세포 (Mesenchymal stem cell)는 혈관생성 등을 촉진하는 다양한 성장 인자와 면역조절에 관련된 사이토카인을 분비하여 심장 재생을 돕는 것으로 알려져 이를 심근경색 이후 조직 재생을 위해 이식하는 연구가 활발하게 진행되어 왔다.

주사기를 통해 중간엽 줄기세포를 이식할 경우에 주사과정에서 높은 전단 응력, 이식 후에는 높은 산화스트레스 및 면역반응 등에 노출되어 생존율과 생착율이 낮아 치료 효능이 떨어지기 때문에 이를 보완하기 위한 세포전달법이 개발이 필요했다.

연구팀은 항산화능을 갖는 주사형 마이크로사이즈의 산화그래핀/알긴산 수화젤에 세포를 담지함으로서 심근경색 이후 발생하는 산화스트레스 환경에서 중간엽 줄기세포를 보호하고 치료효율을 높이는 시스템을 고안하였다.

연구팀에 따르면 수화젤의 항산화능은 산화그래핀의 농도와 환원시간 조절을 향상시킬 수 있으며, 수화젤 내부에 담지된 중간엽 줄기세포는 산화스트레스 환경에서 높은 생존율을 보였을 뿐 아니라 공배양 된 심근세포의 생존율과 성숙 (Maturation)을 향상시켰다.

생체에서의 효능을 검증하기 위해, 실험용 흰 쥐의 심근 경색을 유도하고 환원된 산화그래핀/알긴산 수화젤에 담지된 중간엽줄기세포를 심장에 전달하였을 때, 2주 후에는 심실의 섬유화가 유의미하게 감소되었으며 심초음파 검사를 통한 심장 기능의 회복도 확인할 수 있었다.

이재영 교수는 “본 연구에서 개발한 세포 전달 시스템은 심근경색 뿐 아니라 다양한 질병 치료를 위한 효과적인 줄기세포 전달용 플랫폼이 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 보건복지부 연구중심병원R&D사업, 지스트의 창조적도전과제사업과 생명노화특성화연구사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단의 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구성과는 2019년 9월 24일 재료분야 저명 학술지인 Biomaterials (IF=10.273)에 온라인판에 게재되었다 (공동교신저자: 신소재공학부 이재영 교수, 생명과학부 다런 윌리엄스 교수, 생명과학부 정다운 연구교수; 공동제1저자: 신소재공학부 최고은 박사과정생, 생명과학부 김선욱 박사과정생).