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NEW 김문석 교수팀, 내인성 줄기세포 활용 피부 상처 치료 방안 개발
- 2023-12-12
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아주대 연구진이 인체의 각 조직에 존재하는 내인성 줄기세포를 상처 질환 부위로 유도해 상처를 치료할 수 있는 드레싱제를 개발했다.
김문석 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과) 연구팀은 세포의 주화성 이동 사이토카인 유사체(stromal derived factor-1 mimic peptide, SMP)를 유인 물질로 사용해 내인성 줄기세포의 이동을 촉진, 상처를 치료할 수 있는 드레싱제를 개발했다고 밝혔다.
해당 내용은 ‘SDF-1-모방 펩타이드를 함유한 클릭 가교 히알루론산 지지체에 의한 상처 치유(In-situ wound healing by SDF-1-mimic peptide-loaded click crosslinked hyaluronic acid scaffold)’라는 논문으로 약물 전달 분야 국제 저널인 <저널 오브 컨트롤드 릴리즈(Journal of Controlled Release)> 11월 온라인판에 게재됐다.
이번 연구에는 아주대 대학원 분자과학기술학과 석사과정의 김영훈 학생이 제1저자로 참여했고, 최학수 미국 하버드대학 교수(의과대학)와 아주대 김은하(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)·최상돈(생명과학과 ·대학원 분자과학기술학과) 교수 및 고려대 박용두 교수(의과대학 의공학교실)가 공동연구를 수행했다. 약물 전달 및 의료용 소재 개발 기업으로 난치성 질환 치료제를 개발하는 ㈜메디폴리머도 연구에 함께 참여했다.
줄기세포(stem cell)는 인체를 구성하는 세포와 조직의 근간이 되는 세포 유형으로, 반복적으로 분열하여 재생산(자기 복제)하거나 특수화된 세포 유형으로 분화할 수 있는 놀라운 능력을 가지고 있다. 이에 기존의 약물과 수술 등의 방법으로는 치료가 어려웠던 여러 질병의 치료와 손상된 조직에 대한 재생 치료 등에 폭넓게 사용되고 있다.
그러나 줄기세포를 이용한 질환 치료는 엄격한 장치 공정에서의 배양 과정이 필요하여, 실제 환자에게 적용하기 위해서는 높은 비용이 요구된다. 또 질환 치료를 위해서는 다량의 줄기세포가 필요하므로, 배양을 위해 많은 시간이 필요하다. 또한 다른 사람의 줄기세포를 채취해 외부 환경에서 배양하여 환자에게 적용하기 때문에, 타인의 세포를 활용한다는 점에서 심리적 거부감이 존재할 수 있는 치료 방법이기도 하다.
이에 공동 연구팀은 인체에 본래 존재하는 내인성 줄기세포에 주목했다. 내인성 줄기세포는 우리 몸의 각 장기 또는 조직에 이미 존재한다. 우리 몸에서 각 장기 또는 조직에 손상이 발생하면, 손상된 부위에서 발현하는 SDF-1 단백질 또는 substance P 펩타이드 등과 같은 여러 종류의 생리 인자(사이토카인 등 활성인자)를 인식하여, 손상된 장기나 조직으로 이동시키고 손상된 부위를 치료하는 역할을 이미 내인성 줄기세포가 수행하고 있다.
내인성 줄기세포는 이미 우리 몸에 존재하므로 외부 배양 과정이 필요 없고, 또한 내인성 줄기세포를 질병 및 손상된 조직의 치료에 활용하면 본인 또는 타인의 줄기세포를 외부 배양하는 기존 치료법의 높은 비용과 심리적 거부감 등 여러 문제점을 해결할 수 있다.
SDF-1 단백질은 비용이 높고 사용 안정성 등에 문제가 존재하기에, 공동 연구팀은 아주대 최상돈 교수·고려대 박용두 교수팀에서 발굴한 SDF-1-모방 펩타이드가 내인성 줄기세포를 특정 질환 부위로 이동시킨다는 점에 주목했다. 이에 SDF-1-모방 펩타이드 물질을 함유한 드레싱 제형을 제작하고, 손상된 창상에 적용하여 창상의 치료 효과를 검증했다.
연구팀은 드레싱 제형의 제작에 히알루론산 소재를 활용했다. 히알루론산 소재는 생체 조직의 구성 성분 중의 하나로 생체적합성이 매우 우수하다. 연구팀은 SDF-1 모방 펩타이드 물질을 함유한 히알루론산 드레싱 제형을 완성하고, 이를 진피 부분까지 손상된 창상에 부착했다. 그리고 이 드레싱에서 SDF-1 모방 펩타이드가 창상으로 생성된 생리 물질에 의해서 내인성 줄기세포를 창상으로 이동시킴을 확인했다.
더불어 드레싱의 SDF-1 모방 펩타이드 물질이 기존 물질(SDF-1) 대비 2~3배 많은 양의 내인성 줄기세포를 이동시킴을 확인했다. 또 이동된 내인성 줄기세포가 손상된 피부 표피뿐이 아니라 진피까지 완벽하게 치료하여, 치료 효능이 우수함을 증명했다.
김문석 교수는 “인체 내 각 장기에 이미 존재하는 내인성 줄기세포를 활용해 창상 재생용 드레싱뿐 아니라, 뼈와 연골 질환 등의 치료 재생을 위한 주사제형으로 연구를 확장해 진행하고 있다”라고 설명했다.
김 교수는 이어 “내인성 줄기세포를 활용한 연구를 통해 기존에 활용되던 약물 및 수술, 그리고 높은 비용과 까다로운 과정이 수반되는 줄기세포 치료제의 한계를 극복하고 보다 많은 질병 치료에 기여할 수 있기를 바란다”라고 덧붙였다.
이번 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리 및 대학중점연구소 사업의 지원을 받아 수행됐다.
* 위 그림 설명 - 공동 연구팀은 SDF-1-모방 펩타이드 물질을 함유한 드레싱 제형을 제작하고, 손상된 창상에 적용하여 창상의 치료 효과를 검증했다.