바이오인

조직공학에서의 탈세포화 및 재세포화 기술 연구동향

◈ 목차

1. 서론

2. 본론

 2.1. 기술의 배경

    2.1.1. 이식받을 장기의 부족 문제

    2.1.2. 버려지는 공여장기들

 2.2. 탈세포화 연구현황

    2.2.1. 화학적 탈세포화

    2.2.2. 물리적 탈세포화

    2.2.3. 생물적 탈세포화(효소처리)

 2.3. 재세포화 연구현황

    2.3.1. 재세포화에 사용되는 세포의 종류

    2.3.2. 장기별 재세포화

 2.4. 탈세포화 및 재세포화를 위한 자동화 관류시스템

3. 결론

4. 참고문헌

요약문

◈본문

1. 서론

조직공학(Tissue Engineering)은 인공적으로 조직(Tissue)이나 장기(Organ)를 만들어 이를 생체에 이식하여 기능을 할 수 있도록 하는 혁신적인 기술이다. 이러한 기술은 세포와 생체재료, 생체환경의 융합을 통해 조직이나 장기의 재생을 최종목표로 하며 의료 및 임상응용에 많은 잠재력을 가지고 있다. 그중 탈세포화(Decellularization) 및 재세포화(Recellularization) 기술은 장기의 부족 문제를 극복하고 환자 맞춤형 장기이식 및 치료를 할 수 있는 잠재력을 가지고 있어 크게 주목받고 있다.

탈세포화 및 재세포화 기술은 1970년대에 처음 등장하기 시작한 이래로 2차원적인 조직, 혈관에서부터 시작해 현재는 전체 장기를 이용한 연구로 확장되고 있다. 탈세포화는 장기에서 세포를 제거하여 세포외기질(Extracellular matrix, ECM)만을 남긴 것으로 단백질의 구조만 남은 장기는 면역반응을 일으키지 않아 생체 이식 가능한 의료기기로 사용되기도 한다. 실제 상업용으로 판매가 되고 있는 무세포 진피(Acellular dermis)의 경우 동종 또는 이종의 피부에서 면역원성인 세포들을 제거한 후 세포외기질 만을 남긴 것으로 이러한 생체재료는 치과 수술 및 피부재건의 수술과 같이 의료용으로 사용되고 있다. 이렇게 이식된 탈세포화 조직은 생체 내에서 세포들을 끌어들여 원래 조직과의 조화를 이룸으로써 그 역할을 할 수 있게 된다. 장기의 경우 탈세포화 이후 생체에 이식 전 세포를 다시 넣어 재증식(Repopulation)시키는 재세포화 과정이 필요하며, 이렇게 재세포화 된 장기는 생체에 이식했을 때 기능을 가진 바이오 인공장기로의 활용이 가능하다. 본 동향리포트에서는 조직공학분야에서의 탈세포화 및 재세포화 기술에 대한 최신 연구 동향을 분석하고 설명하려고 한다.

2. 본론

2.1. 기술의 배경

2.1.1. 이식받을 장기의 부족 문제

세계보건기구(WHO)와 스페인 이식 기구인 ONT(Organización Nacional de Trasplantes)의 협업으로 만들어진 GODT(Global Observatory on Donation and Transplantation)에서 출간한 “장기기증 및 이식활동에 대한 보고서 2021”에 따르면 장기 이식은 매해 꾸준히 증가하여 2021년 기준 약 144,302건의 장기이식이 전 세계적으로 이루어졌다 [1]. 이는 전 해인 2020년과 비교했을 때 약 11.3% 증가한 수치이며, 장기별로 이식 건수를 살펴보면 신장이 92,532건으로 가장 많았고 간이 34,694건, 심장이 8,409건으로 조사됐다. 통계를 통해 알려진 장기이식은 매일 380건씩, 매시간 16건이 전 세계적으로 이루어지고 있는 셈이다. 하지만 장기이식을 필요로 하는 대기자의 수는 훨씬 더 많아 미국기준 하루에 17명의 대기자들이 장기이식을 기다리다가 죽어간다고 보고됐다.

국내의 장기 이식건수도 2021년 기준 한해 5,842건으로 조사됐다 [2]. 하지만 국내도 이식 대기자 수에 비해 장기기식 건수가 턱없이 부족한 실정이다. 신장이식의 경우 2021년 31,055명의 대기자를 가지는데 이는 전년대비 14.8% 증가한 수치다. 대기자들의 평균 대기시간도 조사됐는데, 7년 이상을 기다린 이식대기자의 수는 전체 40,446명의 대기자 중 11,289명으로 무려 27.9%에 달한다 (표 1).

표 1. 국내 장기이식대기자 현황 [출처: 국립장기조직혈액관리원]

 2.1.2. 버려지는 공여장기들

장기이식을 기다리는 대기환자들이 많음에도 불구하고 기증받은 모든 장기들이 이식에 사용되지는 못하고 있다. 대표적인 이유로는 장기에서 손상이 발견되었거나(38.2%), 이식받을 환자를 바로 찾지 못하는 경우(14.6%)가 가장 큰 비율을 차지한다 [3]. 이러한 이유로 미국에서는 한해에 기증받은 2,700여 개의 신장이 사용되지 못하고 버려졌다고 알려졌다 [4]. 또한 이렇게 버려지는 신장은 매해 증가하고 있으며, 2002년 기증받은 신장의 12.7%에서 2011년 17.9%로 증가하고 있다고 한다. 손상을 입은 장기는 사용하지 못하더라도 기증 장기에 문제가 없음에도 공여자를 바로 찾지 못하여 버려지는 이유는 장기의 보관시간이 짧은 것을 들 수 있다. 기증받은 심장과 폐의 경우는 4~6시간, 간은 8~12시간, 신장은 24~36시간의 최대 보관시간을 가질 수 있다고 알려졌다. 대기시간에 구애 받지 않고 제 때 사용하지 못하여 버려지는 장기를 다시 사용할 수 있도록 나온 기술이 ‘탈세포화 및 재세포화’ 기술이다. 이는 기증받은 장기의 세포를 모두 제거하여 장기의 단백질 구조만을 남긴 후 줄기세포 또는 환자 본인의 세포를 이용해 다시 장기에 세포를 재증식시키는 기술이다. 세포를 제거한 단백질은 냉동으로 최대 1년 정도 보관이 가능하며, 장기를 기증받을 환자가 생기면 환자의 세포를 이용해 다시 장기를 재세포화 하여 기능을 가진 장기로 되돌릴 수 있다. 또한 수혜자 본인의 세포로 채워진 장기는 이식 후 면역 거부반응을 보이지 않으며, 환자는 면역억제제를 평생 복용할 필요도 없게 된다.

그림 1. 장기의 탈세포화 및 재세포화 기술

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