가톨릭세포치료사업단 뉴스레터 17호

Catholic Institute of Cell Therapy 가톨릭생명윤리를 기반으로 성체세포치료연구에 앞장서겠습니다.

[가톨릭세포치료사업단 연구클러스터 소개] 난치성 감각신경장애(무후각증) 치료를 위한 성체 중간엽 줄기세포 치료제 개발 연구 클러스터

가톨릭세포치료사업단 이비인후과 연구클러스터장 김성원 교수 서울성모병원 이비인후과 교수

성체 줄기세포인 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells)는 골수와 제대혈, 지방 조직 등의 인체 조직에서 분리할 수 있고 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 갖고 있어, 여러 분야에서 치료 효과를 보기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 중간엽 줄기세포의 공급원이 제한적이며 증식능과 분화능이 한계가 있어 최근 다분화능을 갖는 새로운 중간엽 줄기세포의 공급원에 대한 연구가 필요한 실정이다.

김성원 교수 연구클러스터에서는 코 막힘 증상의 개선을 위해 이비인후과에서 자주 시행되는 비염수술(하비갑개 수술)과 코중격 교정술 과정에서 폐기되는 코(하비갑개)와 코중격 연골조직을 이용하여 코(하비갑개) 유래 중간엽 줄기세포와 코중격 연골세포를 분리하고 배양한 결과, 신경, 골, 연골, 지방과 점막 등 다양한 세포로 분화시키는 다분화능에 대한 원천기술을 확보하였다. 이를 다수의 논문에 게재하였으며, 이 세포들을 이용한 세포치료제 개발 연구과제들을 수행하고 있다.

하비갑개/코연골 유래 자가 세포 증식/ 분화 및 바이오프린팅용 젤 제작 ->3D바이오프린팅 기관(trachea)제작 -> 바이오프린팅 기관(trachea)전임상평가 (그림 1. 하비갑개 유래 줄기세포와 코중격 연골세포를 3D 프린팅 하여 기관제작)

사람 코(하비갑개) 유래 중간엽 줄기세포와 환자 맞춤형 3차원 지지체를 결합하여 안면 두경부 골격 결손과 두개저 골격 결손 부위에 호흡점막상피가 도포되어 인체의 가장 중요한 호흡기능을 유지할 수 있는 기능성 안면 두경부 골격 구조 재건에 대한 연구가 진행 중이다. 또한 치료가 어려운 정도의 기관(trachea)손상의 근본적인 치료를 위해 호흡점막상피세포로 분화 유도된 사람 코(하비갑개) 유래 중간엽 줄기세포와 코중격 연골세포를 이용하여 복합 구조의 3D 바이오프린팅 방법으로 세포를 직접 프린팅하여 기능성 환자 맞춤형 3D 바이오 프린팅 기관(trachea)를 제작하고 임상시험을 진행하는 실용화 연구도 진행 중이다.

그림 2. 하비갑개 유래 줄기세포를 신경 세포로 분화 유도

그리고, 사람 코(하비갑개) 유래 중간엽 줄기세포에 신경세포 분화유도 유전자를 주입한 후 신경세포로 분화시키는데 성공하였으며, 사람 코(하비갑개) 유래 중간엽 줄기세포를 원형세포로 한 유도만능줄기세포를 제작한 후 다시 후각 신경계 세포로 분화 및 재생됨을 검증하였다. 이를 이용하여 난치성 무후각증 치료 및 다양한 신경계 질환 치료를 위한 자가 및 동종 세포치료제를 개발하는 연구를 진행 중이다. 또한 사람 코중격 연골세포를 관절연골결손 부위에 이식하는 코중격 연골세포 치료제 개발 연구도 진행 중이다. 가톨릭세포치료사업단의 난치성 감각신경장애 치료를 위한 성체 중간엽 줄기세포 치료제 개발 연구 클러스터는 향후에도 더 많은 치료적 성과를 달성하기 위하여 연구에 매진할 예정이다.

[가톨릭세포치료사업단 연구클러스터 소개] 줄기세포 -조직공학 기반 심근재생 연구 클러스터

가톨릭세포치료사업단 순환기내과 연구 클러스터장 박훈준 교수 서울성모병원 심장내과 교수

최근 WHO의 보고에 의하면 허혈성 심혈관계 질환은 2009년 기준 성인의 35.3%의 유병률을 차지하는 매우 흔한 질환이고, 전체 사망원인 중 1위를 차지하고 있는 중증 질환이다. 고령 인구의 증가와 사회경제적인 발전 및 서구화된 생활습관의 변화로 인해, 허혈성 심장질환 환자의 발생률이 증가하는 추세이나 막힌 혈관의 개통과 심근재형성 억제 및 경색 후 적극적인 약물치료에도 불구하고 5년 생존율이 50% 정도 밖에 미치지 못하는 상황이다. 또한, 중증의 말기 심부전 환자는 심장이식술이나 가교적 치료법인 기계적 좌심실 보조장치 이외에는 완치법이 없는 상태로 심장이식술의 경우 공여장기 부족, 장기확보의 어려움, 높은 사망률, 고가의 치료비용 등의 문제점을 가지고 있다.

조직재생이 되지 않는 심장질환에서 손상된 조직의 복구를 위해 다양한 인체조직으로부터 줄기세포를 채취한 후 여러 가지 방법으로 체외에서 배양·분화과정을 거쳐 최종적으로 환자에게 적용하려는 시도가 국내외적으로 이루어지고 있다. 그러나 기존 줄기세포 치료제는 제한된 분화능력과 손상된 조직의 척박한 미세 환경으로 인한 미약한 호밍효과, 체내 생착, 증식 및 분화의 효율성이 낮은 문제가 있으므로 안전성과 유효성이 검증된 고효율의 줄기세포주 확보 및 줄기세포의 생착률과 증식 및 분화율을 개선할 수 있는 효율적인 세포전달 기술개발이 절실히 필요하다.

가톨릭세포치료사업단 심근재생 연구클러스터는 다양한 줄기세포와 생체적합성 재료를 이용하여 심근재생을 극대화하기 위한 연구를 진행하고 있다. 특히 보건복지부 지정 제한적 의료기술의 하나로 “심근경색증에서의 자가 말초혈액 줄기세포 치료술” 시술 병원으로서 실제 임상에서 급성 심근경색 환자를 대상으로 심근재생을 위해 줄기세포 치료를 시행하고 있으며, 임상적용이 가능한 Hearticellgram®, SmartPReP2-BMAC2 등 골수유래 중간엽 줄기세포를 이용한 줄기세포 치료도 활발히 진행하고 있다.

또한 연구분야에서도 1)체세포 역분화 기술을 이용한 유도만능줄기세포의 생산 및 심근세포 분화 유도, 2) 심근재생을 위한 HGF 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포와 세포외기질 융합 플랫폼 치료제 개발, 3) 3D 세포 프린팅 기술을 이용한 유도만능줄기세포 기반 심근재생용 심근패치 개발 등 중증 허혈성 심질환 극복을 위한 차세대 세포 치료제 개발에 앞장서고 있으며 임상적용을 위한 인프라 구축에 노력하고 있다. 최근에는 질병관리본부 학술연구개발 용역과제로서 “한국인 부정맥 역분화줄기세포주 개발을 위한 자원확보, 시험주 개발 및 기탁” 연구에 선정되어 유도만능줄기세포 생산 및 심근세포 분화유도 기술에 대한 연구능력을 인정받았으며, 3D 세포 프린팅 기술을 이용한 심근 재생용 심근패치 개발 성과로서 Biomaterials (IF 8.5)에 “3D printed complex tissue construct using stem cell-laden decellularized extracellular matrix bioinks for cardiac repair” 라는 제목으로 논문이 선정되기도 하였다.

본 연구 클러스터 활동을 통하여 임상적용 가능한 줄기세포주를 확립하고 3D 세포프린팅 기술 등 조직공학기술을 접목해 차세대 줄기세포 치료제 플랫폼을 개발하고자 한다. 또한 전임상 및 임상시험을 통하여 안전성과 유효성을 철저하게 검증함으로써 난치성 중증 허혈성 심장질환 환자의 삶의 질 향상 및 생명연장을 도모하고 미충족 의료수요 해결과 국민건강 및 보건복지 향상에 기여하고자 한다.

서울시 서초구 반포대로 222 가톨릭중앙의료원 의생명산업연구원 기톨릭세포치료사업단