UNIST, 뇌혈관 및 심혈관 질환 고칠 ‘혈관줄기세포’ 개발

UNIS 생명과학부 김정범 교수팀
혈관 질환 세포 치료제 가능성 확인
‘직접교차분화’ 방식으로 제작

UNIST생명과학부 김정범교수, 박수용 연구원 /사진=UNIST

【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 뇌혈관이나 심혈관에 생긴 질환을 고칠 ‘혈관줄기세포’가 개발됐다. 대량으로 배양하면서도 암 유발 가능성이 적은 ‘직접교차분화’ 방식으로 제작했으며, 심장이나 간 같은 생체조직을 3D 프린터로 찍어낼 때 필요한 ‘혈관’의 주원료도 될 수도 있다.

울산과학기술원(UNIST)은 30일 생명과학부의 김정범 교수팀이 피부세포에 혈관발달 유전자 두 종을 주입해 혈관줄기세포를 제작하는 데 성공했다고 밝혔다. 혈관 질환의 세포 치료제로서의 가능성이 확인됐다.

연구진에 따르면 혈관이 손상되거나 막히면 조직으로 전해지는 산소와 양분전달이 부족해 ‘허혈성 혈관 질환’이 생긴다.

그 치료법으로 혈관 구성 세포를 주입해 혈관을 새로 만들고 혈액 흐름을 개선하는 세포치료가 주목받아 왔다.

특히 혈관줄기세포는 2종의 혈관 구성 세포로 분화할 수 있고 일반 세포와 달리 자가증식이 가능해 대량생산에 적합하므로 유력한 세포치료제 후보였다. 하지만 배아줄기세포나 유도만능줄기세포에서 분화된 혈관줄기세포는 임상에 적용하기 어려웠다. 모든 세포로 분화 가능하다는 ‘만능성’이 오히려 암을 유발할 위험을 품고 있기 때문이다.

[연구그림] 혈관줄기세포 제작과 동물실험에서 치료 효과 검증 /사진=UNIST

이 문제를 해결하기 위해 김정범 교수팀은 ‘만능 분화 단계’를 건너뛰고 특정 세포를 원하는 세포로 바로 바꾸는 ‘직접교차분화’ 기법을 이용해 혈관줄기세포를 만들었다. 피부를 구성하는 섬유아세포에 두 가지 유전자(Etv2, Flil)를 주입해 혈관줄기세포로 탈바꿈한 것이다.

직접교차분화(Direct conversion, Trans- differentiation)는 다 자란 특정 조직의 세포를 다른 조직의 세포가 될 수 있는 줄기세포로 직접 바꾸는 방식이다. 이 기술을 쓰면 피부 세포를 혈관 세포로 바로 바꿀 수 있다. 배아줄기세포나 유도만능 줄기세포처럼 모든 세포가 될 수 있는 시기(만능세포)를 거치지 않아서 발암 가능성을 줄일 수 있다. 줄기세포는 어떤 조직으로도 발달할 수 있는 세포를 뜻한다.

제1저자인 박수용 UNIST 생명과학과 석・박사통합과정 연구원은 “두 유전자는 혈관발달 초기에 주로 발현되는 유전자”라며 “두 유전자를 피부 섬유아세포에 주입하자 혈관줄기세포의 특성이 잘 나타나는 세포가 만들어졌다”고 설명했다.

줄기세포는 끊임없이 자기를 복제하는 자가증식능력(Self-renewal)과 다른 세포로 변하는 분화능력(Biopotent)을 가진다. 이번에 만들어진 혈관줄기세포는 자가증식이 가능한 데다, 혈관 구성 세포인 혈관내피세포와 평활근세포로 잘 분화됐다. 또 실험 쥐를 이용한 동물실험에서도 혈관 폐색 부위에 주입한 뒤 혈류 흐름이 회복되고 혈관이 형성되는 것까지 확인됐다.

[연구그림] 혈관줄기세포의 특성 규명 및 동물실험에서 혈류 흐름 개선 효과

김정범 교수는 “배아줄기세포나 유도만능줄기세포에 비해 부작용을 최소화할 수 있는 기법으로 혈관줄기세포를 만들어 임상 적용이 가능할 것”이라며 “뇌혈관이나 심혈관에 생긴 질환을 치료할 세포 치료제를 상용화하는 데 한 걸음 다가갔다”고 전망했다.

이번에 개발한 혈관줄기세포는 3D 바이오 프린팅의 발전에도 도움을 줄 수 있다.

생체조직을 만드는 3D 바이오 프린팅에서는 조직별 세포뿐 아니라 혈관까지 함께 만들어야 하기 때문이다. 김 교수는 “새로운 혈관줄기세포는 조직공학에서 3D 조직을 프린팅할 때 모든 조직에 존재하는 혈관을 만들 주원료로 사용할 수 있다”고 이 기술의 또 다른 가능성도 전했다.

이번 연구는 중소벤처기업부의 지원을 받아 김정범 교수의 창업기업인 ‘슈파인세라퓨틱스’와 공동으로 진행했다. 관련 내용은 혈관 생물학 분야의 국제학술지인 ‘동맥경화, 혈전증 및 혈관 생물학(Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology)’ 온라인판에 3월 25일자로 발표됐다.

유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cells): 이미 분화된 세포의 ‘시간을 되감기’하는 역분화 기술을 이용해 만든 줄기세포. 피부세포나 간세포 등과 같이 특정 기능이 ‘프로그래밍’ 되는 세포를 ‘리프로그래밍’해 배아줄기세포와 같은 상태로 만든다. 2012년 노벨 생리의학상의 주제였다.

섬유아세포(Fibroblast): 동물 조직을 위한 스트로마인 세포외기질과 콜라겐을 합성하는 세포의 일종으로, 상처 치유에 중요한 역할을 한다.

[e-mail] 최수상 기자