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줄기세포, 심근 경색 후 심장 회복 도울 수 있을까?

GIST 연구진, 그래핀 기반 줄기세포 전달 '수화젤' 개발
심근경색 후 심장 기능 회복 도와···동물 실험서도 효과 입증
심장은 심장혈관(관상동맥) 세 곳에서 산소와 영양분을 받고 움직인다. 심장혈관 중 어느 하나라도 혈전증이나 혈관의 빠른 수축으로 인해 급성으로 막히는 경우, 심장에 산소와 영양 공급이 급격하게 줄어 들어 심장 근육의 조직과 세포가 괴사한다. 이를 심근경색이라 한다. 

현재까지 심근경색 이후 죽은 심장 근육 조직과 세포를 획기적으로 회생시키는 방법은 없었다. 한국을 비롯해 미국, 유럽 등에서 줄기세포를 이용해 심장 근육을 재생시키는 연구 결과를 지속적으로 발표하고 있다. 이런 상황에서 최근 국내 연구진이 그래핀 기반 줄기세포 전달 기술을 개발해 주목받고 있다.

GIST(광주과학기술원)는 이재영 신소재공학부 교수와 다런 윌리엄스 생명과학부 교수팀이 중간엽 줄기세포를 담은 '그래핀·알긴산 마이크로 수화젤'을 개발해 심근경색 이후 심장 조직 재생을 돕는 사실을 확인했다고 10일 밝혔다. 

중간엽 줄기세포는 혈관 생성을 촉진하는 다양한 성장 인자와 면역 조절에 관련된 사이토카인을 분비한다. 심장 재생을 돕는 것으로 알려져 이를 심근경색 이후 조직 재생을 위해 이식하는 연구가 활발하게 진행돼 왔다. 

주사기를 통해 중간엽 줄기세포를 이식할 경우 여러 요인으로 생존율과 생착율이 낮아 치료 효능이 떨어졌다. 이를 보완하기 위한 새로운 세포전달법이 필요한 상황에서 연구진은 심근경색 이후 발생하는 사화스트레스 환경에서 중간엽 줄기세포를 보호하고 치료 효율을 높이는 시스템을 고안했다. 특히 분산기에선 입자이고, 분산 후에는 물이 되는 콜로이드, 즉 수화젤을 활용했다.

연구진에 따르면 수화젤의 항(抗)산화능은 산화 그래핀의 농도와 환원 시간 조절을 향상시킬 수 있다. 수화젤 내부에 담긴 중간엽 줄기세포는 산화스트레스 환경에서 높은 생존율을 보였을 뿐 아니라 함께 배양된 심근세포의 생존율과 성숙도를 향상시켰다. 

생체에서 효능을 검증하기 위해 실험용 마우스에 심근경색을 유도했다. 이 과정에서 환원된 산화 그래핀·알긴산 수화젤에 담긴 중간엽 줄기세포를 심장에 전달했을 때, 2주 후에는 심실의 섬유화가 유의미하게 감소했다. 또 심초음파 검사를 통한 심장 기능의 회복도 확인할 수 있었다. 

이재영 교수는 "이번 연구에서 개발한 세포 전달 시스템은 심근경색뿐 아니라 다양한 질병 치료를 위한 효과적인 줄기세포 전달용 플랫폼이 될 것"이라고 밝혔다. 

이번 연구 성과는 재료 분야 국제 학술지인 'Biomaterials'에 게재됐다. 공동 교신저자는 이재영 교수, 다런 윌리엄스 교수, 정다운 교수이고, 공동 제1 저자는 최고은 박사과정생, 김선욱 박사과정생이 됐다. 

중간엽줄기세포를 담지한 환원된 산화그래핀·알긴산 마이크로 수화젤이 심근경색 이후 심장 조직을 재생한 모식도. <사진=GIST 제공>중간엽줄기세포를 담지한 환원된 산화그래핀·알긴산 마이크로 수화젤이 심근경색 이후 심장 조직을 재생한 모식도. <사진=GIST 제공>
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