상온에서는 액상 형태였다가 체내에서 젤 형태로 변하는 하이드로젤 타입 줄기세포 주사제재가 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구단 송수창 박사 연구팀은 하이드로젤로 줄기세포를 잘 감싸서 보호하고, 또, 줄기세포를 원하는 대로 분화시킬 수 있는 줄기세포 주사 기술을 개발했다고 밝혔다.

줄기세포는 세포분열을 통한 증식 및 분화과정을 거쳐 자기 자신을 복제하거나 다른 종류의 세포를 생산할 수 있는 특이한 능력을 갖추고 있다. 이러한 능력 덕분에 줄기세포는 세포치료제의 원료로써 난치성, 퇴행성 질환이나 장기재생 등과 관련이 깊은 재생의학 분야에서 많은 주목을 받고 있으며, 미래 의학을 이끌어 나갈 글로벌 차세대 성장 동력으로 부상되고 있다.

기존에 세포치료제로서 개발된 줄기세포는 정맥주사, 복강주사, 치료 부위 직접 주입 등으로 인체 내에 투여되기도 하는데, 이렇게 주입된 치료용 줄기세포들은 그대로 전신에 퍼져 원하는 질환 및 부위에 대한 치료의 효율성이 떨어지는 한계점이 있었다. 또한, 줄기세포들이 체내에 들어오게 되면 험난한 체내 환경과 맞서야 해서 생존율 역시 떨어질 수밖에 없었다.

게다가, 줄기세포를 치료제로 쓰려면 줄기세포를 원하는 대로 분화시켜야 하는데, 줄기세포와 같이 도입된 생체소재에 생리활성기능이 없거나 줄기세포에 단순히 분화 인자를 혼합하는 방법들을 사용할 경우에는 줄기세포를 이용한 조직 맞춤형 치료가 어려웠다.

KIST 연구진은 이러한 한계점을 극복하고자 상온에서는 액상 형태였다가 체온에서 빠르게 딱딱한 젤 형태로 변하는 특성을 갖는 하이드로젤로 줄기세포를 감싼 후 주사제재로 사용하였다. 이렇게 개발한 주사의 하이드로젤에는 줄기세포를 원하는 대로 분화시킬 수 있는 생리활성물질들을 자유롭게 도입할 수 있었다.

마치 레고를 조립하는듯한 방법을 사용하여 생리활성물질들은 하이드로젤에 도입, 하이드로젤과 다양한 레고 조각(생리활성물질)들의 양과 비율을 손쉽게 조절할 수 있었다. 이에 따라 줄기세포의 생존 및 원하는 분화에 이로운 최적화된 생체 내 환경을 조성하여 조직재생의 효과를 극대화 시켰다. 이를 통하여 체내에서 하이드로젤에 함유된 레고 조각의 조립(생리활성물질의 미세한 조절)에 따라 중간엽 줄기세포의 골, 연골, 지방조직의 재생을 원하는 대로 이루어 냈다.

KIST 송수창 박사는 “질환의 종류 혹은 크기에 따라 생리활성물질 종류와 투여량의 변화를 줌으로써 환자 맞춤형 조직재생기술뿐만 아니라 향후 연구를 통하여 면역치료, 항암치료 등으로 적용 범위가 확장될 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업으로 수행, ‘줄기세포 분화조절 기술’과 ‘줄기세포 연골조직 재생환경 최적화’ 연구 결과는 국제학술지인 ‘Biomaterials’(IF : 10.27, JCR 분야 상위 0.96%) 및 ‘Advanced Science’(IF : 15.80, JCR 분야 상위 4.61%) 최신호에 각각 2건이 게재됐다.

* (논문명) 3D hydrogel stem cell niche controlled by host-guest interaction affects stem cell fate and survival rate (*Biomaterials)

– (제1저자) 한국과학기술연구원 홍기현 연구원 (박사과정)

– (교신저자) 한국과학기술연구원 송수창 책임연구원

* (논문명) Fine‐Tunable and Injectable 3D Hydrogel for On‐Demand Stem Cell Niche (*Advanced Science)

– (제1저자) 한국과학기술연구원 홍기현 연구원 (박사과정)

– (교신저자) 한국과학기술연구원 송수창 책임연구원