면역세포의 공격을 막아주면서 이식세포의 기능은 살리는 신개념 ‘이식 세포 보호대’가 국내 연구팀에 의해 개발됐다.
포스텍 조동우 교수 연구팀과 서울대학교병원 신경외과 백선하 교수 연구팀은 세포기반 약물전달시스템 인 하이브리드 지지대를 개발하고 국제저명학술지인 ‘Journal of Controlled Release’ 최근호에 게재했다.
이식세포를 이식 대상 동물에 전달하는 제제로는 ‘하이드로젤’이 있다. 하이드로젤은 수용성 젤로서 이식세포가 분비한 단백질이나 신경전달물질은 하이드로젤의 안과 밖으로 투과할 수 있다. 도파민분비세포를 하이드로젤에 넣고, 파킨슨병이 있는 동물에 이식하면, 이식세포는 하이드로젤을 통해 도파민(신경전달물질)을 공급할 수 있다.
hydrogel은 기계적인 강도가 매우 약하여 3차원적인 구조체를 안정적으로 유지하기 어렵다. hydrogel의 농도, 경화 조건 등을 조절하여 강도를 일부 개선할 수 있으나, 외부 충격을 견딜 수 있을 만큼 높은 강도를 얻기 어려울 뿐만 아니라, 수용성 물질의 투과능에도 영향을 준다. 오직 하이드로젤만을 이용하여 도파민분비세포를 이식하면 생체 내에서 오랜 기간 동안 그 형태를 유지하기 어렵다.
이를 보완하기 위해 개발된 것이 ‘hybrid scaffold’이다.
Hybrid scaffold는 3D 프린팅 기술로 제작된 가로, 세로, 높이 1500㎛ 의 정육각형 모양의 형틀(3D-Frame) 안에 hydrogel을 넣은 것이다. 3D-Frame 내부 뼈대가 기계적 강도를 향상시켜주고, 내부의 hydrogel은 동물의 면역세포의 공격을 막아줘, 이식세포가 동물 뇌 조직에 안정적으로 정착할 수 있는 환경을 제공한다.
연구팀은 도파민 분비 세포를 hydrogel과 hybrid scaffold에 각각 넣고, 생쥐에 투약한 후, 8주 동안 혈청 도파민 분비 농도를 측정했다.
그 결과, 1 주차 때 hybrid scaffold 사용 군은 250pg/mL, hydrogel 사용 군은 190pg/mL였으나, 7주차 때는 각각 420pg/mL, 290pg/mL로 나타나, hybrid scaffold 사용 군이 hydrogel 사용 군 보다 혈청 도파민 농도가 높게 관찰되었다.
도파민분비세포를 hybrid scaffold에 넣고, 쥐의 뇌 조직에 이식한 뒤 1주일 후, 뇌 조직을 꺼내어 면역 조직 화학 검사를 한 결과, 급성기 면역거부반응이 현저히 줄어든 것으로 관찰되었다.
조동우 교수는 “이번에 개발한 hydrogel/3D-frame을 이용하여 hybrid scaffold를 만들어, 동물 모델에 세포이식을 하게 되면 scaffold 안이나 밖으로의 세포의 이동은 매우 힘들고 hybrid scaffold 내부에 있는 세포에서 분비되는 성장인자와 같은 단백질이나 신경전달물질 등은 투과시킬 수 있게 되어 향후 세포 치료에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”라고 하였다.
백선하 교수는 “이 약물전달 시스템을 이용하여 세포치료를 하면, 이식세포가 동물의 면역세포로 부터 공격을 피하여 오래도록 생존할 수 있어 파킨슨병을 포함한 여러 가지 질병에서 향후 세포 치료의 효용성을 향상 시켜줄 것으로 기대된다”고 하였다.
파킨슨병은 흑질이라는 특정 뇌부위에서 운동에 필요한 신경전달물질인 도파민을 분비하는 신경세포가 지속적으로 파괴되는 질환이다. 인구 1,000 명 당 1-2명 비율로 발병하는 것으로 알려져 있어, 8만~12만명의 환자가 국내에 있을 것으로 추정된다.
치료약으로 도파민제제 등 항파킨슨제제가 있다. 약 복용 후 약 10년 이상 지나면 약물복용만으로 정상적인 생활이 불가능하게 되어 뇌심부자극술 등의 수술을 받는다. 파킨슨병에 대한 약물치료나 뇌심부자극술과 같은 수술적 치료는 모두 파킨슨병의 증상을 완화시키는 치료요법이다.
파킨슨병 환자에서 좀 더 근본적인 치료법을 개발하기 위해서 도파민을 분비하는 세포를 이식하는 등 세포치료에 대한 연구는 활발히 진행 중에 있다. 그러나 파킨슨병 환자의 세포치료는 면역반응 등에 의하여 이식한 세포의 생착율이 떨어지는 등 넘어야 할 장벽이 높은 것이 사실이다. 이 같은 상황에서 hybrid scaffold와 같은 새로운 약물전달물질체계 개발은 파킨슨병 환자에게 큰 희망이 될 것으로 기대된다.