주지현 가톨릭대 가톨릭중앙의료원 첨단세포치료사업단 교수(가톨릭대 의대 유도만능줄기세포 응용연구소장, 서울성모병원 류마티스내과 교수), 임예리 응용연구소 교수, 남유준 입셀 박사팀리 줄기세포를 활용해 만든 3차원 연골 세포 주사제를 골관절염 환자에게 투여, 안전성을 성공적으로 입증했다. 

연구팀은 지난 4월 17일과 4월 30일, 두 명의 골관절염 환자에게 ‘유도만능줄기세포’(Induced Pluripotent Stem Cell, iPSC)’에서 유래한 3차원(3D) 연골 세포를 관절강에 직접 주사했다.

환자 모두 치료 과정에서 특별한 이상반응 없이 시술을 잘 마쳤고, 짧은 기간 내 염증이나 통증과 같은 부작용도 나타나지 않았다. 이는 줄기세포 기반의 3D 연골 세포를 주사로 투여한 임상 사례로는 세계 최초의 사례로, 손상된 연골을 재생할 수 있는 새로운 가능성을 열었다는 점에서 주목 받고 있다.

iPSC는 성인의 피부나 혈액 세포처럼 이미 정해진 역할을 가진 세포를 다시 초기 상태로 되돌려, 어떤 세포로든 자라날 수 있도록 만든 줄기세포다. 우리 몸의 다양한 조직이나 기관의 세포로 바꿀 수 있는 특별한 능력을 가지고 있다.

이번 연구에서는 iPSC를 이용해 연골세포를 만들었고, 이 연골세포를 3차원 구조의 ‘스페로이드’(spheroid) 형태로 가공해 주사제 형태로 개발했다. 이 스페로이드는 말 그대로 작은 구형의 세포 덩어리로, 몸 안에 넣었을 때 안정적으로 자리를 잡고 기능할 수 있도록 설계됐다.

연구의 핵심은 주사제가 투입된 공간이 ‘관절강’이라는 점이다. 관절강은 관절을 싸고 있는 공간으로, 일반적인 조직보다 면역세포의 접근이 제한되는 ‘면역 특권’ 영역으로 알려져 있다.

보통 타인의 세포를 몸에 넣으면 면역체계가 이를 ‘외부 침입자’로 인식하고 공격하게 된다. 이를 ‘면역거부반응’이라고 한다. 하지만 관절강은 혈류가 제한되고 면역세포도 잘 침투하지 못하는 구조여서, 이식된 세포가 비교적 안전하게 자리 잡을 수 있다.

연구팀은 이 같은 특성을 이용해, 조직적합성항원(HLA)이 일치하지 않은, 즉 다른 사람에게서 유래한 iPSC 연골세포를 이식하고도 면역거부반응이 나타나지 않음을 확인했다. 이 역시 기존 치료법에서는 보기 힘든 새로운 접근 방식이다.

골관절염은 약물치료, 물리치료, 주사치료(스테로이드, 히알루론산) 등을 통해 증상을 완화하는 방법이 대부분이며, 연골을 ‘재생’시키는 치료법은 매우 제한적이다.

이번 연구는 단순한 증상 완화를 넘어 손상된 연골 자체를 줄기세포로 대체하거나 재생시키는 방향으로 나아갔다는 점에서 의의가 크다. 특히 고령화가 빠르게 진행되는 상황에서 골관절염 환자의 삶의 질을 획기적으로 높일 수 있는 기술로 기대되고 있다.

   주지현 가톨릭대 서울성모병원 류마티스내과 교수가 줄기세포를 활용해 만든 3차원 연골세포 주사제를 환자에게 투여하고 있다.  

주지현 교수는 “이번 임상은 단순한 한 번의 시도가 아니라, 지난 수년간 줄기세포 연구와 임상 경험이 차곡차곡 쌓인 결과물”이라며 “장기적인 추적 관찰을 통해 치료 효과와 안전성을 면밀하게 입증하겠다”고 밝혔다. 이어 “특히 면역거부반응 없이 치료가 가능하다는 것은 줄기세포 치료의 상용화에 매우 중요한 전환점”이라고 강조했다.

민창기 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단장은 “이번 프로젝트는 병원과 대학, 산업계, 연구소가 긴밀하게 협력해 만들어낸 모범사례”라며 “글로벌 다기관 임상으로 확장해 세계적 수준의 재생의료 기술 상용화를 이끌어갈 것”이라고 밝혔다.