나건 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 교수팀이 손상된 간의 회복을 돕는 줄기세포와 산화아연 나노입자를 융합해 줄기세포의 치료 효과를 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다. 

나건 교수(교신저자), 박나은 가톨릭대 생명공학과 박사(공동 제1저자), 김경섭 바이오메디컬화학공학과 교수(공동 제1저자)는 ‘줄기세포 기반 간 재생치료에서 산화아연 나노입자를 이용한 면역조절 기능 향상 기술’을 개발했다고 21일 밝혔다. 

최근 간 손상, 간 섬유화의 치료법으로 간이식 대신 손상된 간이 스스로 회복할 수 있도록 돕는 줄기세포 치료제가 차세대 재생치료제로 주목받고 있다. 줄기세포는 손상된 조직을 회복시키고 면역 반응을 조절하는 능력이 있지만, 생체 내 줄기세포의 생존력이 떨어져 손상 부위까지 잘 도달하지 못한다는 한계로 효과가 제한적이다.

이에 연구팀은 줄기세포의 생존력과 치료 효능을 동시에 높이기 위해 산성 환경에서만 작동하는 친수성 고분자로 표면을 개질한 ‘산화아연 나노입자’를 개발했다. 산화아연 나노입자는 분해 시 아연 이온과 활성산소종(ROS)을 방출하는데, 두 물질은 줄기세포의 증식을 촉진할 뿐만 아니라 염증을 억제하고 조직 재생에 필수적인 세포 신호전달을 활성화시켜 치료 효과를 극대화한다.

   산화아연 나노입자를 이용한 줄기세포 리소좀 표적 아연 이온 및 활성산소 생성 메커니즘

실험 결과, 아연 나노입자를 처리한 줄기세포(ZnBA)는 일반 줄기세포 대비 간 손상 부위로의 이동률이 두 배 이상 증가했으며, 간세포 생존율도 최대 40% 이상 향상되었다. 또 ZnBA를 투여함으로써 염증성 면역세포(Th17, M1 대식세포)는 감소하고, 항염증성 면역세포(Treg, M2 대식세포)는 증가해 간 섬유화 치료에 유리한 면역 환경이 조성됐다. 

간 성상세포에서는 α-SMA, Pro-collagen 1, TIMP-1의 발현 감소와 MMP-1 증가를 통해 섬유화 억제 효과가 입증됐다. 손상된 간세포의 증식은 억제되는 반면 간세포의 자정 능력을 의미하는 자가포식은 향상됐다. 

나건 교수는 “줄기세포의 활성화를 조절하는 정밀 제어기술을 확보해 다양한 난치성 질환에 응용할 수 있게 됐다”며 “차세대 재생의료 산업의 활성화는 물론 간이식 수요 감소, 환자의 삶의 질 향상, 의료비 절감 등 공공보건 측면에서도 긍정적인 효과가 기대된다”고 밝혔다. 

이번 연구 결과는 생체재료 분야 유명 국제학술지인 ‘Biomaterials’(IF=12.8)에 온라인 게재됐다.