인간의 성인 피부세포를 직접 고품질의 혈관내피세포로 효율적으로 전환시키는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국보건산업진흥원은 서울대학교병원 순환기내과 김효수, 한정규 교수팀이 이같은 성과를 거뒀다고 4월 19일 밝혔다.
피부세포를 이용해 손상된 혈관을 재생시킬 수 있는 가능성을 보여줌으로써 허혈성 혈관질환 치료에 획기적인 전기가 마련될 것으로 기대된다.
건강한 혈관을 재생하고자 하는 시도는 20여 년 이상 활발하게 시도돼 왔으나 배아줄기세포나 유도만능줄기세포(역분화줄기세포)를 이용한 기술은 윤리적인 문제, 종양발생가능성, 고난도의 기술요구 등 여러 한계가 남아있다. 또 성체줄기세포를 이용한 기술은 치료에 이용할 수 있는 세포의 숫자가 적고 효율이 낮다는 한계를 넘지 못하고 있다.
김효수 교수팀의 이번 연구는 이러한 한계를 극복하는 새로운 패러다임의 세포 및 유전자 치료 방침을 제시했다.
김효수 교수팀은 이전 연구에서 생쥐의 피부세포를 역분화줄기세포 등 중간과정 없이 바로 혈관내피세포로 이형(異形) 분화 시킬 수 있음을 세계 최초로 규명한 바 있다. 이번 연구는 후속연구로 인간의 성인 피부세포를 혈관내피세포로 직접 효율적으로 전환하는 기술을 개발한 성과다.
연구팀은 성인 인간의 피부 섬유모세포에 마우스 혈관내피세포 직접 전환에 사용된 5개의 유전자를 바이러스를 이용해 과발현시켰다. 여러 조합의 실험을 통해 최종적으로 혈관내피세포로의 전환을 효과적으로 유도하는 3개 유전자 조합(Er71, Klf2, Tal1)을 찾아냈다.
나아가 중간엽세포와 상피세포간의 이행을 조절하기 위해 관련 유전자인 TWIST1의 발현을 siRNA로 억제시킴과 동시에 당뇨병 약제로 사용되기도 하는 로시글리타존(rosiglitazone)을 처리하고, 혈관내피세포 특이 마커인 VE-cadherin 발현 세포를 선택적으로 분리한 후 2주간 추가 배양하는 과정을 거침으로써 가장 효율적으로 혈관내피세포로의 전환을 유도하는 기술을 확립했다.
이렇게 만들어진 세포는 성인 인간의 ‘유도혈관내피세포(iEC: induced endothelial cell)’로 명명됐으며 혈관내피세포의 모양과 성상과 함께 유전학적(genetic), 후성유전학적(epigenetic) 특성도 실제 혈관내피세포와 유사했다.
이 유도혈관내피세포는 3차원 배양에서 혈관을 형성했으며, 다리혈관을 제거한 실험용 쥐의 다리에 주사했을 때 새로운 혈관을 형성하면서 혈류가 회복, 향후 세포치료술로의 개발 가능성을 보여줬다.
특히 연구팀이 개발한 기술은 유사한 다른 기술과 비교할 때 가장 효율적인 혈관내피세포 전환이 가능했으며, 정통 혈관내피세포에 가장 흡사한 세포를 유도했다. 다시 말해 고품질 혈관내피세포를 효율적으로 만들어낼 수 있는 기술이다.
김효수 교수는 “인간 성인 피부세포를 고품질의 혈관내피세포로 전환할 수 있는 효율적인 기술을 개발했다. 허혈성 혈관 질환의 새로운 치료 패러다임의 세포 치료와 유전자치료 양쪽으로의 발전 가능성을 보여주는 중요한 기술로 향후 허혈성 혈관 질환 치료에 중요한 전기가 마련 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 보건복지부 및 한국보건산업진흥원에서 지원하는 연구중심병원 육성 R&D와 첨단의료기술개발사업으로 수행됐으며, 바이오소재 분야 최고 권위지인 ‘Biomaterials’(IF 10.317) 2021년 3월 24일자로 게재됐다.
