주지현 가톨릭대 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 첨단세포치료사업단 교수(공동 교신저자), 임예리 가톨릭대 의대 유도만능줄기세포 응용연구소 교수(공동 교신저자), 남유준 입셀 박사(공동 제1저자), 박나래 박사(공동 제1저자) 공동 연구팀은 골관절염 치료용 차세대 세포치료제 ‘MIUChon’가 실제로 어떤 방식으로 연골을 재생시키는지 작동 원리를 과학적으로 규명했다고 22일 밝혔다.

연구진은 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용해 만든 3차원 연골 조직체, 이른바 ‘연골 스페로이드’ 기반 세포치료제인 ‘MIUChon’을 개발했다. 유도만능줄기세포는 성체 세포를 다시 초기 상태로 되돌린 세포로, 필요에 따라 다양한 조직으로 분화할 수 있는 특징을 갖는다. 연구진은 iPSC를 연골세포로 분화시킨 뒤, 아주 작은 공모양의 3차원 조직으로 만들었다. 이 연골 지지체가 주사로 관절 안에 넣을 수 있는 MIUChon이다. 기존의 단순한 세포 주입 방식과 달리 연골 조직의 구조를 유지한 상태로 손상 부위에 전달되도록 설계된 게 특징적이다. 

연구팀은 쥐와 토끼 같은 소형동물뿐 아니라, 사람 관절 구조와 유사한 비글견과 미니피그 모델까지 활용해 MIUChon의 효과를 단계적으로 검증했다. 그 결과, 손상된 연골 부위의 두께와 부피가 증가하고, 연골이 닳아 생긴 결손 부위가 실제로 회복되는 양상을 확인했다. 보행 분석에서도 관절 기능이 개선된 것으로 나타났다.

특히 영상검사와 조직분석을 통해, 주입된 인간 유래 연골세포가 관절 내 손상 부위에 실제로 정착해 새로운 연골 기질을 만들어내는 과정이 확인됐다. 이는 세포치료제가 단순히 일시적인 효과를 내는 게 아니라, 연골 재생에 직접적으로 관여할 수 있음을 보여준다. 

기전 분석 결과, MIUChon의 치료 효과는 두 가지 방식으로 나타났다. 첫째는 주입된 연골 스페로이드가 손상 부위에 직접 붙어 새로운 연골조직을 형성하는 ‘직접 재생 작용’이다. 둘째는 연골세포가 성장인자와 항염증 신호 물질을 분비해 관절 안의 염증을 줄이고, 연골이 다시 만들어지기 좋은 환경을 조성하는 ‘간접 작용’이다. 연구진은 이러한 이중 작용 메커니즘이 기존 주사형 세포치료와 차별화되는 핵심 요소라고 설명했다. 

주지현(왼쪽부터), 임예리 교수, 남유준, 박나래 박사 안전성 검증도 함께 이뤄졌다. MIUChon은 임상 적용을 전제로 한 ‘임상등급’ 제조 공정을 거쳐 생산됐으며, 종양 형성 가능성이나 유전적 이상 여부에 대한 엄격한 평가를 통과했다. 면역결핍 동물 모델에서도 종양 발생은 관찰되지 않았고, 유전체 분석에서도 임상적으로 문제가 될 만한 변화는 확인되지 않았다.

주지현 교수는 “이번 연구는 연골세포치료제가 왜, 어떻게 효과를 내는지를 명확히 설명한 데 의미가 있다”며 “기초연구에서 얻은 과학적 근거를 바탕으로 실제 환자 치료로 이어질 수 있는 가능성을 한 단계 끌어올린 결과”라고 말했다. 이어 “안전성과 유효성을 면밀히 검증해 골관절염 환자에게 실질적인 도움이 되는 치료 전략을 제시하겠다”라고 덧붙였다.

가톨릭중앙의료원과 입셀은 이번 연구를 토대로 iPSC 유래 연골세포치료제의 임상 적용 가능성을 지속적으로 검증하고 있다. 현재 골관절염 환자를 대상으로 한 임상 연구에서 안전성 평가를 마쳤으며, 30명 규모의 유효성 검증 임상을 진행 중이다. 

이번 연구 결과는 ‘Clinical-grade iPSC-derived chondrogenic micropellets for treating advanced cartilage defects’(IF=12.5)라는 제목으로 국제학술지 ‘Science Advances’(IF=12.5) 2025년 12월호에 게재됐다.