가톨릭세포치료사업단 뉴스레터 21호

Catholic Institute of Cell Therapy 가톨릭생명윤리를 기반으로 성체세포치료연구에 앞장서겠습니다.

[줄기세포와 줄기세포 유래 미토콘드리아를 이용한 면역질환제어 세포치료제 개발 연구클러스터]

고령화 사회에 따라 대사 이상을 동반한 만성 염증성 질환 및 자가면역 질환의 발병률이 증가하고 있다. 현재 사용되는 만성 염증 질환 치료제는 단순 염증 제어 약물이 대부분으로서 근본적인 치료 개발 전략이 필요하다. 골관절염 질환의 연골 재생 측면에서 줄기세포 치료제가 개발되고 있고, 자가면역 질환의 전임상 동물 모델에서는 줄기세포의 치료 효능에 대한 연구가 진행중이나 실제 환자에게 적용되기에는 효과나 기존 약 대비 효과가 한계가 있는 실정이다.

최근 여러 연구에서, 줄기세포의 기능을 향상시켜 질환 조절 효력을 극대화하는 방법으로 줄기세포의 유전자 변형 및 특정 사이토카인 발현 조작을 이용하는 방법이 제시되고 있으나,이 방법은 유전자 조작 등과 같은 위험성이 잔존하고 있기 때문에 세포치료제의 기능과 효력 강화를 위한 궁극적인 방법의 제시가 필요하다.

또한, 줄기세포배양액 및 엑소좀을 이용한 방법이 질환 치료에 적용되고 있으나, 줄기세포 배양액이나 엑소좀 내의 성분이 명확하지 않은 경우가 많고 아직까지는 화장품의 원료로서 주로 사용되는 실정이다.더욱이 줄기세포 배양액 내의 성분 분석 및 질환 제어를 위한 인자 선별이 까다롭기 때문에 이를 치료제로서 사용하는데는 한계가 있다.

미토콘드리아는 세포 내 에너지 합성과 대사를 조절하는 소기관으로, 미토콘드리아의 기능 이상으로 발생하는 미토콘드리아 비조절이 만성 염증성 질환 및 자가 면역 질환의 원인이 된다고 알려져 있다.또한 미토콘드리아의 비조절은 만성 대사 이상과 염증성 세포사멸을 유도하여 생체 내 염증 스톰을 발생시킬 수 있다.최근,자연 상태의 세포는 세포 밖으로 나온 미토콘드리아를 흡수할 수 있으며,기능 이상 세포에 정상 미토콘드리아를 이식하였을 때,세포내 미토콘드리아 기능과 세포 기능이 정상화된다는 것이 보고되고 있다.

즉,건강한 미토콘드리아의 활성은 세포의 항상성을 유지하고 염증 인자나 병인 세포의 활성을 제어하는 기능을 하고,기능 이상인 경우 세포의 기능과 표현형에 영향을 주는 중요한 요인으로 주목받고 있다.미토콘드리아의 기능 항샹이나 미토콘드리아 이식 등과 같은 기술 개발은 2019년 그린바이오 유망 기술로서 선정되기도 하였다.

이에 본 연구클러스터는 (1) 줄기세포와 줄기세포 유래 미토콘드리아의 기능 평가, (2) 미토콘드리아를 세포와 생체내 직접 이식하였을 때 염증성 질환과 면역 질환의 제어 효과 규명,그리고 (3) 미토콘드리아 활성 조절을 통한 줄기세포의 기능 향상 등을 통하여 골관절염,류마티스관절염,루푸스와 같은 만성 염증 동반 질환에서 “질환 제어 미토콘드리아 기능성 세포치료제”를 개발하는 것이 목표이다.이를 위하여 각 분야의 전문가로 구성된 연구클러스터를 형성하고 MD-PhD 협력 연구를 통해 실무 가능한 최적의 질환 제어 줄기세포치료제 개발을 위하여 노력하고 있다.

본 연구진은 골관절염 질환 모델에서 기능 강화된 중간엽줄기세포를 관절강과 혈관에 동시 주입하였을 때,골관절염 질환 활성 억제와 통증 제어,통증 인자의 활성을 제어할 수 있음을 확인하였다.또한 microCT 분석을 통해서 기능 향상된 중간엽줄기세포의 연골 보호 효과를 관찰하였다(그림1). 이러한 연구 결과를 바탕으로 중간엽줄기세포의 미토콘드리아 활성 조절을 통한 실용 가능한 최적화된 만성 염증 골관절염, 류마티스관절염 질환 조절 연구를 하고자 한다.

[엔지니어링 중간엽 줄기세포를 이용한 난치성 방광 치료제 개발 연구클러스터]

전세계적으로 고령화가 진행되면서 비뇨기관련 질환을 다루는 비뇨의학과 환자들이 증가하고 있다. 하부요로증상의 원인중 하나인 저활동성 방광은 척수 손상과 같은 신경 장애에서부터 당뇨 등의 만성질환에 이르기까지 흔하게 발생하는 질환이다. 방광의 수축이 약해져 방광을 비우는 시간이 오래 걸리거나 완전한 배출이 불가능하게 되는데 이 때 배뇨를 원활하게 해주는 약제를 투여해볼 수 있으나 효과적이지 않으며, 그 외 궁극적인 치료방법이 없어 대부분의 환자들은 방광 카테터나방광루 등을 평생 유지한 채 살아가게 된다(그림 1). 난치성 질환의 치료 등에 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대되는 줄기세포 치료는 미래 치료분야의 핵심으로 자리하고 있으며, 비뇨기 질환에서도 줄기세포 치료가 증가하고 있다. 줄기세포치료의 장점으로는 조직의 상황에 따른 분화능력을 내재하고 있어 연결 조직 내 안착이 용이하고, 이식 및 재생 치료의 경우 다양한 면역적합성을 지니고 있어 임상 적용 사례가 많다는 점이다.

본 연구 클러스터에서는 저활동성 방광 동물모델에서 줄기세포를 주사하여 신경 및 조직의 재생을 만들어 낼 수 있는 새로운 치료 방법을 모색하고 있다. 특히 저활동성 방광에서 효과적인 치료방법으로 자리 잡기 위해서는 방광 재생에 도움이 되는 성장 인자 활성의 극대화와 줄기세포 주입 방식의 개선을 큰 숙제로 생각하고 있다. 줄기세포의 생물학적 활성상태를 극대화하기 위해서는 혈관 재생을 위한 성장인자나 사이토카인의 분비를 항진 시킬 수 있는 기능강화 전략이 요구되며 유전자 엔지니어링을 통한 유전자 이입기술 개발이 해결책을 제시할 수 있다(그림 2).

또한 치료 효율의 상승을 위해서는 각종 cytokine/chemokine, growth factor (SDF-1, BDNF, NGF, HGF, VEGF 등)의 도움이 필요하며 생착률과 증식 및 분화율을개선시킬 수 있는 효율적인 세포전달 기술개발이 필요하다(그림 3).

본 연구클러스터에서는 저활동성 방광 동물모델에 엔지니어링 줄기세포를 주사하여 질환 맞춤별최적 조합을 선정하고 방광 주변 또는 근육 내 직접 주입 방식의 효용성 등을 확인하고자 연구를 진행하고 있다(그림 4).

서울시 서초구 반포대로 222 가톨릭중앙의료원 의생명산업연구원 기톨릭세포치료사업단