▲특정 인테그린을 표적하는 중공 구조의 MnO 나노 입자 (MnOHo-Ab)를 사용하여 MR 영상 기반의 인간 줄기세포의 모니터링 시스템의 개략도 (사진=한국생명공학연구원 제공)

국내 연구진이 효과적인 줄기세포 치료 목적을 위한 자기공명영상 기반의 줄기세포의 생체 모니터링 시스템을 개발했다. 인간 줄기세포 모니터링 전략을 통하여 향후 효율적인 줄기세포 치료 전략 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

이는 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터의 임은경 박사(교신저자: 임은경 박사, 제1저자: 강병훈 박사)와 연세대학교 화공생명공학과 함승주 교수팀(교신: 함승주 교수, 제1저자: 한승민 박사), 영상의학과 허용민 교수팀(교신) 공동연구 결과다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오·의료기술개발사업, 의료현장밀착의료-과학융합기술개발사업, 바이오·의료 융합 측정표준기술 개발사업, 신진연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 바이오 센서 분야의 세계적 저널인 바이오 센서와 바이오 일렉트로닉스지(Biosensors and Bioelectronics, IF 10.257) 1월 26일자(한국시각 1월27일) 온라인 판에 게재됐다.

줄기세포는 다양한 세포로 분화 및 자가재생산이 가능하므로 이를 활용해 손상된 조직이나 장기를 재생해 치료하는 줄기세포 치료제에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

줄기세포 중 유도만능줄기세포는 신체 모든 기관으로 분화가 가능한 세포로, 인간 성체의 체세포를 역분화시켜 만들 수 있다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 유사한 능력을 가지고 있으면서도, 배아세포를 파괴하면서 제작되는 배아줄기세포의 윤리적 문제와 환자 체세포를 역분화하여 유도 제작하여 면역 거부 반응 문제를 해결할 수 있는 세포로 각광 받고 있다.

유도만능줄기세포에서 유래된 성체 줄기세포는 제한된 증식과 낮은 이동 속도로 특정 세포로의 분화를 유도하여 치료 효과를 향상시키는 연구가 다수 진행됐다.

이와 더불어 유도된 줄기세포의 1~2 %만이 표적 조직에 도달되고 나머지는 손실되기 때문에, 줄기세포 분화 치료 효과에 대한 검증이 필요한 상황이었다.

연구팀은 특수 망간나노 입자를 개발하고, 이를 적용하여 줄기세포의 표적 모니터링이 가능한 ‘인테그린 β1 항체(MnOHo-Ab)’를 제조했다. 그리고 자기공명영상장치를 이용하여 전임상에서 이식된 인간 줄기세포의 최소 침습적 모니터링 방법을 개발했다.

연구팀은 정맥에 주사 된 ‘integrin β1-망간나노 입자(MnOHo-Ab)’는 마우스 고환(testis)으로 전달되어 다양한 계통으로 분화 된 인간 유도 만능 줄기세포(hiPSC)에 대한 모니터링이 가능함을 확인했다.

이번에 개발된 생체 모니터링 기술은 주입된 인간 줄기세포가 치료되는 긴 시간 동안 표적 부위로 이동 및 이식이 잘 되었는지 보여준다.

연구책임자인 임은경 박사는 “줄기세포를 이용한 재생 의학 분야에서, 전임상 모델 내 줄기세포의 표적 질환 부위로 이식 및 이동을 자기공명영상 기술을 이용하여 시각적 입증이 가능하게 했다는 것이 우수한 점” 이라며 “이번에 개발된 성과는 체내에 주입한 줄기세포가 목적 세포로 잘 전달되었는지, 추후 줄기세포 치료 진행 여부의 확인이 가능한 영상 플랫폼을 개발한 것으로, 향후 바이오 의약 분야의 줄기세포 치료 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 

메디컬투데이 김동주 ([email protected])

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