이화여대 조인호 교수.
이화여대 의대 조인호 교수팀은 지난해 편도선 절제 수술 후 제거돼 폐기되는 편도선 조직으로부터 성체줄기세포를 추출해 부갑상선 호르몬이 분비되는 부갑상선세포로 분화시키는 데 세계 최초로 성공했다. 그러나 이 연구결과에 따르면 생체 내 부갑상선 조직으로서의 기능을 회복시키기 위해 생체 밖에서 배양된 편도줄기세포를 반드시 스캐폴드(바이오 지지체)와 혼입해 이식해야 했다.
이번에 고려대 이상훈 교수와의 공동 연구를 통해 생체 밖에서 인간 편도줄기세포를 단일 세포 1000개 이상이 모여 3차원의 구 형태를 이루는 세포 집합체인 스페로이드 형태로 배양해 생체 내에 이식함으로써 스캐폴드를 사용하지 않고도 손상된 부갑상선 조직을 재생할 수 있게 된 것이다.
연구에 따르면 생체 밖에서 제조된 3차원의 편도줄기세포를 스페로이드 형태로 분화시킨 후 스캐폴드 없이 부갑상선을 제거한 쥐의 생체에 이식하면 90여일의 시간이 경과한 후에도 혈액 내 부갑상선 호르몬과 칼슘 결핍이 거의 원상태로 복원됐으며 부갑상선 제거 쥐에서 나타난 사망률도 현저하게 감소했다.
편도줄기세포 스페로이드를 처리한 쥐의 경우 생체 내 이식 후 초기 4일 안에 40%의 사망률을 보였으나 살아남은 쥐의 경우 90여 일 동안은 정상적인 생활을 했다. 이런 결과를 토대로 초기 사망률만 개선한다면 이번 연구를 통해 제안한 편도줄기세포 스페로이드 기술은 1회 투여로 장기간 동안 부갑상선 기능을 거의 완벽하게 복원할 수 있을 것으로 기대된다. 예상대로 대조군인 스페로이드를 처리하지 않은 부갑상선 제거 쥐의 경우 9일 이내 모두 사망했다.
부갑상선은 갑상선의 뒤편에 위치해 부갑상선 호르몬을 분비하는 주요 기관으로 우리 몸의 칼슘 대사를 조절하는 역할을 담당한다. 부갑상선은 갑상선암 수술이나 갑상선기능항진증에 의해 전체 또는 일부의 기능이 손상돼 부갑상선기능저하증을 일으키고 결국에는 칼슘 대사 이상으로 신경, 근육, 골격 및 신장 등에 질환을 일으킨다.
현재까지 부갑상선기능저하증의 치료는 평생 동안 칼슘과 비타민 D를 복용해야 하며 정기적으로 칼슘과 비타민 D 농도를 측정해 적절한 농도를 유지하고 있는지 확인해야 한다. 최근에는 합성 부갑상선 호르몬을 매일 주사하는 방법도 제안됐으나 가격이 비싸고 호르몬 투여에 따른 부작용으로 최장 2년만 사용 가능하다.
2015년 이러한 치료를 대체하기 위해 이화여대 연구팀은 편도절제술 시 버려지는 편도조직으로부터 편도줄기세포를 추출한 후 스캐폴드와 혼입해 생체 내에서 부갑상선 치료에 응용할 수 있다는 가능성을 제시했다. 그러나 스캐폴드의 사용은 여전히 감염, 면역 거부 등의 임상 적용에 제한을 가져왔다. 이번 연구는 스캐폴드 없이도 3차원의 스페로이드 형태의 편도줄기세포를 배양하는 기술을 통해 손상된 부갑상선 조직의 기능을 복원할 수 있어 기존 연구의 단점을 극복했다.
이번 연구는 스캐폴드 없이 분화 효율을 증진시킨 3차원의 편도줄기세포 스페로이드 제조 기술을 통해 생체 내에서 칼슘 농도를 조절하는 주요 호르몬인 부갑상선 호르몬을 효과적으로 생산할 수 있는 새로운 방법을 제안했으며 향후 이러한 기술이 부갑상선기능저하증 이외에도 칼슘대사와 연관성이 있는 골다공증 등의 예방 또는 치료용 임상 치료제로서 적용 범위를 확대할 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 지난 3월 2일 생체소재 분야의 권위있는 학술지인 ‘악타 바이오메터리얼리아(Acta Biomaterialia; IF, 6.03)’ 온라인판에 발표했다.
[용어설명]
▲스페로이드(Spheroid): 단일 세포 1,000개 이상이 모여 3차원의 구 형태를 이루는 세포 집합체이다.
▲스캐폴드(Scaffold): 인공적으로 만든 세포외 기질(Extracellular Matrix; ECM)과 같은 역할을 하는 3차원 지지체로서 조직 구축 및 세포 기능 제어를 한다. 스캐폴드는 주입된 줄기세포의 지지대 및 줄기세포가 주입한 곳에 잘 붙어 있도록 접착 유 도물질 역할을 한다.
▲부갑상선: 갑상선 뒤쪽에 상하좌우 노란색 쌀알 반 정도 크기 4개로 붙어 있으며, 칼슘 대사를 중개하는 부갑상선호르몬을 분비하는 내분비기관이다. 부갑상선 호르몬은 비타민 D와 함께 칼슘을 뼈에서 혈액 중으로 내보내거나 신장이나 장으로부터 흡수해 혈액 중 칼슘 농도를 상승시키는 역할을 한다. 또한 혈액 중의 칼슘 농도가 상승되면 부갑상선 호르몬 분비가 저하되어 혈액 중 칼슘 이온의 농도를 일정하게 유지시킨다.
▲부갑상선기능저하증: 선천적 부갑상선기능저하증은 태어날 때부터 부갑상선이 없거나, 알 수 없는 원인으로 인해 적절한 기능을 수행하지 못하여 생기게 된다. 후천적 부갑상선기능저하증은 수술 중에 부갑상선이 손상을 받거나 제거된 경우에 가장 흔하게 발생하며 수술 중에 부갑상선이 손상을 받거나 혹은 부갑상선으로 가는 혈류가 감소돼 부갑상선 기능이 일시적 또는 영구적으로 기능 저하가 올 수 있다. 또한 자가면역질환에 의해 부갑상선의 기능이 저하되는 경우도 있다.
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