바이오인

핵심내용

- 바이오머티어리얼즈 발표,

“2차 피해 없이 환자가 안전하게 골격 결손 치료를 받을 수 있는 길 열려”-

□ 지방 흡인술로 흡입되어 버려지는 지방조직의 줄기세포를 이용하여 골격을 재생하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.

 ○ 동국대 임군일 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 생체소재분야 최고 권위의 학술지인 ‘바이오머티어리얼즈 (Biomaterials)’ 온라인 속보(10월 13일)에 게재되었다.

□ 임군일 교수 연구팀은 최근 성형외과에서 자주 시술되는 지방흡인술로 흡입되어 그대로 버려지는 지방조직에 성체줄기세포가 존재한다는 사실에 주목하여, 줄기세포에 골격을 형성하는 전사인자(RUNX-2와 Osterix)의 유전자를 전기충격으로 세포 내에 주입함으로써 골격을 잘 형성하는 형질변환세포로 만드는 새로운 기술을 개발하였다.

 ○ 지금까지 연구자들은 성체줄기세포를 활용한 골격형성 세포치료제 개발을 위해 활발히 연구해왔으나, 골수를 통해 얻을 수 있는 줄기세포의 양은 매우 제한적이어서 수요에 맞는 치료제 생산에 어려움이 있었다.

 ○ 그러나 지방조직은 골수보다 100배 이상의 많은 줄기세포를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 골격으로 분화되는 능력이 골수줄기세포보다 열등한 단점이 있었다.

 ○ 임 교수팀은 골격 형성을 촉진하는 유전자를 지방줄기세포에 주입하면, 기존의 지방줄기세포에 비해 골격 형성능력이 뛰어난 세포로 형질을 변환시킬 수 있다는 사실을 규명하고, 이 세포를 이식하여 골격 형성을 촉진하는 신개념 세포치료제 개발에 성공하였다.  

□ 임군일 교수팀이 개발한 형질이 변환된 지방줄기세포를 이용한 치료법은 기존 시술법(자가골 이식술, 동종골 이식술)의 단점을 개선할 수 있고, 유전자를 주입할 때 바이러스를 사용하지 않아 환자에게 매우 안전하다는 것이 큰 특징이다.

 ○ 지금까지 골격이 결손되면 환자의 골반에서 골격조직을 직접 채취하여 이식하거나(자가골 이식술), 사체에서 채취한 같은 골격을 이식하여 치료하였다(동종골 이식술).

 ○ 그러나 자가골 이식술은 골격을 채취하는 과정에서 환자가 손상을 입을 수 있고, 동종골 이식술은 2차 감염의 위험이 커서 환자의 안전을 크게 위협하였다.

 ○ 임 교수팀이 개발한 기술은 지방줄기세포에서 골격세포를 형성하는데 핵심적인 역할을 하는 전사인자(RUNX-2와 Osterix)의 유전자를 전기충격을 통해 세포 안으로 주입하여 골격 형성 세포로 형질을 변환하는 기술이므로, 환자에게 안전하게 사용할 수 있다.

□ 임군일 교수는 “이번 연구는 그대로 폐기되는 지방조직을 골격 결손 치료를 위한 세포치료제로 개발하여, 기존의 시술법과는 달리 환자가 안전하게 골격 결손 치료를 받을 수 있는 새로운 길을 개척한 것으로, 기술이전과 임상시험 등을 통해 환자 치료에 즉시 응용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다.

상세내용

용   어   설   명

1. 성체 줄기세포 
  ○ 우리 몸에 존재하고 있다가 적절한 상황에서 증식, 분화하여 필요한 조직으로 분화할 수 있는 세포를 말한다. 골수에 존재하는 성체줄기세포가 대표적이지만, 지방, 근육, 골막, 활액막 등 각종 결체조직에 존재하고 있다. 배아줄기세포와 달리 모든 조직으로 분화하지 않으며 무한대로 증식하지 않는다.  

2. 골형성 전사인자
  ○ 미분화 상태의 줄기세포를 분화된 골모세포로 분화시키는데 결정적인 역할을 하는 단백질로서, 세포내에서 골형성에 필요한 각종 단백질의 유전자에 결합하여 이들 단백질이 만들어지게 하는 주요한 역할을 하며 RUNX-2와 Osterix가 대표적임

3. 유전자  
  ○ 생체기능에 필요한 단백질을 합성하는데 필요한 정보를 담고 있는 DNA 

4. 지방흡인술
  ○ 과도한 피하지방을 제거하기 위하여 피하에 흡인기를 삽입하여 지반을 제거하는 수술방법

5. 척추유합술
  ○ 척추수술 후 제거된 부분 때문에 척추 마디의 불안전성이 발생하는 것을 막기 위하여 위아래 마디를 굳히는 시술  

사   진   설   명

그림 1. 지방줄기세포에 형광물질의 유전자가 부착된 골형성 전사인자인  RUNX-2 와 Osterix의 유전자를 주입시키면, 세포가 형광물질을 생산하여 녹색으로 보이게 되는데, 이는 세포내 유전자가 잘 들어감을 보여주는 것(위)이다.
        이 세포들을 골분화배지에 배양한 결과 골세포로 분화(파랗게 보임) 및 골기질 형성(붉게 보임)이 이들 유전자가 들어간 세포에서 더 잘 보이고 있다. 

그림 2. 지방줄기세포에 RUNX-2와 Osterix의 유전자를 주입시킨 골형성 형질 변화세포를 지지체에 배양하여 쥐의 등에 심은 지 6주 후 2차원(2D) 및 3차원(3D) CT를 찍어 분석한 결과, 유전자가 전달된 세포(RUNX-2, OSX, RUNX-2+OSX)에서 세포가 없이 지지체만 심은 경우(PLGA), 지방줄기세포만 심은 경우(ASC, pECFP-C1)보다 골형성(하얗게 보이는 부분)을 훨씬 더 많이 함을 보여준다.

그림 3. 지방줄기세포에 RUNX-2와 Osterix의 유전자를 주입시킨 골형성 형질 변화세포를 지지체에 배양하여, 쥐의 등에 심은 지 6주 후 조직을 분석한 (Trichrome 염색) 결과, 유전자가 전달된 세포(RUNX-2, OSX, RUNX-2+ OSX)에서 세포가 없이 지지체만 심은 경우(PLGA), 지방줄기세포만 심은 경우(ASC, pECFP-C1)보다 골기질(파랗게 보이는 부분)을 훨씬 많이 만든 것을 보여주고 있음.