3D 프린팅 이용 심근경색 줄기세포 치료기술 개발

국내 대학병원과 기계공학 공동 교수연구팀이 3D 프린팅을 이용해 죽은 심장세포를 효과적으로 재생시키는 새로운 줄기세포 치료기술을 개발하는데 성공했다.
가톨릭대 서울성모병원 순환기내과 박훈준 교수와 포스텍 기계공학과 조동우 교수 연구팀은 차세대 미래유망기술로 각광받은 3D 세포프린팅 기법을 도입해 허혈성 심장질환 환자의 심기능 회복을 위한 혈관화된 심근패치를 세계 최초로 개발했고 9일 밝혔다.
개발한 심근패치는 심장에서 유래한 세포외기질 바이오잉크를 이용해 심장줄기세포와 중간엽 줄기세포를 3D 세포프린팅으로 이중 배열하고 내부에 혈관내피성장인자를 봉입하여 세포간 상호작용을 극대화시킨 융합 플랫폼이다.
괴사된 심근조직의 혈관생성을 돕고 이식 후 단시간 내 주변 혈관 구조와 연결되어 전달하는 줄기세포의 생존률과 분화도를 향상시키는 장점이 있다.
심근경색 동물모델을 이용한 전임상 실험에서 심외막에 이식한 심근패치가 경색부위의 섬유화 감소, 모세혈관 증가 및 재형성 방지 등을 통해 심장기능이 현저히 향상되는 것을 검증했으며, 심근패치로부터 심장줄기세포가 경색부위로 이동하여 신생혈관을 생성하고 일부는 심근세포로 분화하는 것을 확인했다.
3D 세포 프린팅 기술은 다양한 세포를 최적의 위치에 원하는 형상으로 배열할 수 있다는 장점이 있으며, 심장유래 세포외기질 바이오잉크는 조직의 미세환경을 구현함으로서 줄기세포의 증식, 분화 및 기능향상에 도움이 되므로 혈관화 된 심근패치 개발을 위해 핵심적인 기술이라고 할 수 있다.
최근 세계보건기구(WHO)에 의하면 허혈성 심혈관계 질환은 2009년 기준 성인의 35.3% 유병률을 차지하는 매우 흔한 질환이고 전체 사망원인 중 1위를 차지하고 있는 중증질환이다. 또한 고령인구 증가와 사회경제적인 발전 및 서구화된 생활습관 변화로 인해 환자 발생률은 증가 추세이지만 심근경색 후 적극적인 치료에도 불구하고 5년 생존율이 50%밖에 되지 않는다.
박훈준 교수는 "이번 연구 클러스터 활동으로 임상적용 가능한 줄기세포주를 확립하고 3D 세포프린팅 기술 등 조직공학기술을 접목해 차세대 줄기세포 치료제 플랫폼을 개발하고자 한다"고 밝혔다. 박 교수는 이어 "전임상(독성 검사 등) 및 임상시험을 통해 안전성과 유효성을 철저하게 검증함으로써 난치성 중증 허혈성 심장질환 환자의 삶의 질 향상 및 생명 연장을 도모하고 미충족 의료수요 해결과 국민건강과 보건복지 향상에 기여하겠다"고 덧붙였다. 이번 연구는 생체재료학회의 저명한 국제학술지 '바이오머티리얼즈(Biomaterials)'에 게재됐다.
[이병문 의료전문 기자]