서울 건국대학교 조쌍구 교수(줄기세포재생공학과) 연구팀이 서울대학교 치의학대학원 장미숙 교수 연구팀과 공동으로 줄기세포가 분비하는 엑소좀을 이용해 손상된 말초신경을 효과적으로 재생시키는 새로운 치료 기술을 개발했다. 엑소좀은 중간엽줄기세포가 분비하는 50~200nm 크기의 세포외소포로 차세대 치료제로 주목받고 있다.

조쌍구 교수

연구팀은 줄기세포 엑소좀의 생산성과 치료 효능을 동시에 높여 말초신경병증 치료를 위한 무세포(cell-free) 재생의학 전략을 제시했다. 이번 연구 성과는 나노바이오 분야 국제학술지 ‘Journal of Nanobiotechnology’(IF=15, 생명공학·응용미생물학 분야 JCR 상위 2.5%, Q1 저널)에 6월 25일 온라인 게재됐으며, 연구 결과의 우수성을 인정받아 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’ 논문으로도 선정됐다.

말초신경병증은 외상과 당뇨, 항암치료, 자가면역질환 등으로 말초신경이 손상돼 만성 통증과 감각·운동 기능 저하를 유발하는 질환으로, 전 세계 인구의 약 2~8%가 겪는 대표적인 신경질환이다. 그러나 현재 치료법은 진통제와 항경련제 등을 통한 증상 완화에 머물러 있어 손상된 신경을 근본적으로 회복시키는 치료제 개발이 중요한 과제로 꼽혀왔다.

반면 엑소좀은 줄기세포가 가진 치료 인자를 전달하면서도 세포를 직접 이식하지 않아 면역원성이 낮고 조직 투과성이 우수한 장점이 있다. 하지만 기존의 2차원 배양 방식은 엑소좀 생산량이 적고 치료 효능의 편차가 커 산업화에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 와튼 젤리 유래 중간엽줄기세포를 혈관 내 전단응력을 모사한 3차원 동적배양 환경에서 배양하고 성장인자 ‘TGF-β3’로 자극하는 ‘기계화학적 프라이밍(mechanochemical priming)’ 기법을 적용했다. 이를 통해 기능이 강화된 재생성 엑소좀(MCR-EV)을 기존 방식보다 생산 수율은 약 5배, 순도는 약 3배 높게 확보하면서도 크기와 형태 등 본연의 특성은 그대로 유지하는 데 성공했다.

또한 연구팀은 MCR-EV에 신경 재생과 항염증, 세포 보호에 관여하는 다양한 마이크로RNA(miRNA)가 풍부하게 포함돼 있음을 확인했다. 탈수초화 척수 절편 배양 모델과 좌골신경 압박손상(CCI) 동물 모델을 이용한 실험에서는 기존 엑소좀보다 신경세포 사멸과 염증 반응을 더욱 효과적으로 억제하고, 슈반세포 활성화와 재수초화, 축삭 재생을 촉진하는 것으로 나타났다. 나아가 손상으로 인한 근위축과 섬유화를 억제해 운동 기능과 통증 민감도도 함께 개선하는 효과를 확인했다.

조쌍구 교수는 “이번 연구는 줄기세포 엑소좀의 생산성과 치료 효능을 동시에 끌어올려 부작용이 적은 무세포 치료제 개발 가능성을 높였다는 점에서 의미가 있다”며 “이번 연구 성과가 근본적인 치료제가 부족한 말초신경병증 치료를 위한 새로운 재생의학 전략으로 나아가고, 임상 중개연구와 사업화로도 이어질 수 있도록 지속적인 관심과 지원이 필요하다”고 말했다.

이번 논문의 공동 제1저자는 건국대학교 곽연주 박사와 여한철 박사, 전혜민 석사연구원이며, 건국대 조쌍구 교수와 서울대 장미숙 교수는 교신저자로 참여했다. 연구는 범부처 재생의료기술개발사업(KFRM), 한국연구재단(NRF), 서울 지역혁신중심 대학지원체계(RISE) 사업의 지원을 받아 수행됐다.

한편, 본 연구에는 건국대학교 기술지주회사 자회사인 스템엑소원(StemExOne) 연구진도 참여했으며, 이번 연구에서 개발된 엑소좀 생산 및 치료 기술은 향후 스템엑소원을 통해 사업화될 예정이다.

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