KIST, 혈관질환 줄기세포 치료제 효능 예측 기술 개발

▲생물직교성 클릭화학을 이용한 혈관내피 전구세포의 형광 표지 및 하지허혈 쥐 모델에 이식 후 모니터링 모식도. (사진제공=한국과학기술연구원)

국내 연구진이 각종 혈관 질환 치료 시 혈관으로 분화하는 줄기세포의 이식 초기 분포 영상을 통해 치료 효능을 예측하는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 테라그노시스연구센터 김광명 박사팀이 T&R Biofab 문성환 박사팀과의 공동연구를 통해 혈관내피 전구세포의 체내 이식 후 초기 분포 및 이동을 형광 영상으로 추적해 초기 이식된 혈관내피 전구세포의 분포에 따른 치료 효능을 예측할 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

발끝이 썩어들어가는 중증하지혈과 같은 허혈성 질환을 치료하기 위해 새로운 혈관을 형성하는 줄기세포인 ‘혈관내피 전구세포’에 관한 연구가 활발하다. 혈관내피 전구세포는 허혈성 부위 등 혈관 형성이 필요한 부위로 이동한 후 혈관의 내피세포로 분화하거나 혈관의 형성을 돕는 인자를 방출해 혈관재생을 유도하기 때문에 허혈성 질환을 비롯한 혈관과 관련된 질환의 세포치료제로 개발할 수 있다.

하지만 혈관 재생능력이 뛰어난 혈관내피 전구세포를 혈관재생을 위한 세포치료제로 사용하더라도 치료 결과는 체내 이식된 세포의 생존, 치료 부위로의 이동과 같은 다양한 변수에 의해 다르게 나타나며 정확한 치료 효능의 관찰 및 예측이 어렵다는 한계점이 있어 허혈성 질환의 치료제는 아직 상용화되지 못하고 임상 단계에 머물러 있는 상황이다.

▲혈관내피 전구세포 이식후 하지허혈 쥐 모델의 혈류 재생 및 사지괴사 모니터링. (사진제공=한국과학기술연구원)

연구팀은 형광물질을 혈관내피 전구세포 표면에 결합한 후 형광분자단층촬영을 통해 식별할 수 있게 했다. 그 후 중증하지허혈질환 쥐의 허벅다리에 이식된 세포를 28일 동안 영상을 통해 추적해 세포의 체내 움직임을 확인하고, 레이저 측정을 통해 혈류가 복원되는 과정을 추적·관찰했다. 그 결과 혈관내피 전구세포가 허혈성 질환이 발생한 조직으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다.

‘둥근 모양’과 ‘확장된 모양’ 등 세포치료제 이식 초기에 혈관내피 전구세포를 촬영한 영상을 분석한 결과 처음 이식된 곳에 잘 응축돼 있던 ‘둥근 모양’의 실험군에서 세포가 더 잘 이동하고 치료 효능이 좋았음을 확인했다. 이를 통해 치료 초기에 치료제가 응축된 ‘둥근 모양’으로 형성되어야 앞으로의 치료 효능이 좋으리라는 것을 예측할 수 있었다.

KIST 김광명 박사는 “초기에 이식된 세포치료제의 형태 및 체내 초기 변화를 빠르고 정확하게 모니터링하는 기술은 이식된 혈관내피 전구세포의 허혈성 질환 치료효능을 초기에 예측할 수 있도록 해 향후 허혈성 질환 치료를 위한 세포치료제 개발 분야에 활용될 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 등으로 수행됐다. 연구결과는 생체재료 분야 국제 저널인 바이오머티리얼스(Biomaterials) 최신 호에 게재됐다.