꿈의 세포라 불리는 줄기세포. 세포가 건강하면 병이 완치되고 생명이 연장된다. 무궁무진한 성장 가능성을 발견한 의료 선진국이 줄기세포를 활용한 치료법에 사활을 걸고 있다. 처음 줄기세포를 임상에 활용하기 위한 연구가 시작됐을 때 곧 장밋빛 미래가 펼쳐질 것이라 믿었지만 현실은 냉담했다. 줄기세포 자체만으로 원하는 역할을 소화하지 못한다는 것을 알게된 것이다. 이후, 성장인자, 유전자, 생체재료 등을 이용하여 줄기세포의 효과를 극대화하지 못한다는 한계에 인지한 후, 재빠르게 연구 방향 전환을 시도하였다. 바로 줄기세포 주변의 미세환경을 제어하는 방식이다. 나노테크놀로지를 활용하여 줄기세포가 맞닿아 있는 주변 환경을 통해 줄기세포의 기능을 조절함으로서 줄기세포 연구의 새로운 전환을 시도하였다. 대표적인 연구자가 고려대학교 의과대학 순환기내과 임도선 교수다.

최선영 기자 csy@

임도선 교수는 ‘미소 구조표면을 이용한 배아 줄기세포에서 심근세포로의 분화 조절 기술 개발’ 연구를 통해 의미있는 결과를 얻었다. 배아줄기세포의 세포학적 특성이 세포접촉표면의 나노구조에 의해 영향을 받을 수 있다는 연구 결과를 근거로 생체내 여러 조직을 검사해본 결과, 생체 내에는 나노스케일의 미세환경구조가 있다는 것을 확인했다. 기존의 성장인자 및 신호전달조절물질과 더불어 세포접촉표면에 나노구조의 물리적인 자국을 통해 줄기세포의 분화를 조절할 수 있다는 가설하에 연구를 진행하였고, 임 교수는 직경200~280nm 범위에 속한 나노기둥이 줄기세포의 심장근세포로의 분화를 증가시킴을 발견했다.

▲ 임도선 교수

줄기세포 연구의 전환점: 나노 테크놀로지 연구
고려대학교 의과대학 순환기내과 임도선 교수는 20여 년의 시간을 줄기세포 연구에 매진하였다. 그의 시선은 치료제로 쓰이는 줄기세포의 조직재생능력을 높이는 것에 맞춰져 있다. 처음 줄기세포가 세상에 등장했을 때만 해도 모든 병을 곧 정복할 수 있다는 원대한 희망을 품었지만 곧 산산조각으로 부서졌다. 줄기세포가 실제 임상에서 활용하기 위해서는 보다 정밀한 제어방법이 필요했다.
“5년 전부터 나노스케일의 다양한 표면이 줄기세포의 기능에 미치는 영향을 연구를 진행해오고 있습니다. 이번 연구도 같은 맥락인 줄기세포의 분화능에 관한 연구입니다. 불과 2~3년 전만 하더라도 나노구조를 가진 배양접시를 제작하는 기술이 보편화 되지 않아 진입장벽이 매우 높았습니다. 세포생물학과 나노 테크놀로지가 접목돼 막 걸음마를 떼고 있는 분야로서 전망이 밝습니다.”

분화된 타깃 세포로 이식한다면 분화율이 증가돼 회복 기간이 단축될 수 있을 것이다. 현재 그의 연구는 심근세포를 중심으로 진행 중이지만 훗날 혈관세포 등 수많은 세포에 무한대로 적용할 수 있다. 모든 세포는 동일한 핵과 유전자를 가지고 있지만 조직 및 장기에 따라 그 기능을 달리하고 있다. 줄기세포에서 출발한 그의 연구는 조직 및 장기 맞춤형 세포를 획득하는 기술력 획득을 겨냥하고 있다. 나노 테크놀로지에 관한 선행연구가 거의 없고 최근 활성화된 생소한 분야라서 독창성과 창의성, 학문성을 인정받기까지 시간이 걸렸지만 그는 끝내 줄기세포와 바이오 분야에서 가장 뜨거운 분야를 주도하는 연구자가 됐다. 최근 10여 년동안 줄기세포를 이용한 심근 및 혈관세포로의 분화 메커니즘에 관한 연구 및 조직공학적 적용에 대한 연구를 선도하는 임 교수지만 아직 그에게는 연구할 것이 많이 남아있다고 말한다. 임 교수는 단순히 심근세포가 아닌 만능 줄기세포를 이용하여 심방세포, 심실세포 등 성숙 심근세포로 분화하는 연구를 진행하고 있다. 특히 줄기세포 분화에 있어서 타깃세포로의 성숙도를 조절하는 기술, 세포시트와 같은 줄기세포를 이용한 여러 가지 활용플랫폼을 만드는 기술을 연구할 계획이다.

줄기세포치료, 융합연구 활성화가 중요한 지표 될 것
임도선 교수의 전문 분야는 생물학 및 의학을 기초로 한 심혈관질환의 진행과 치료방안에 대한 연구다. 그는 인간 성체 및 역분화줄기세포를 이용하여 심혈관질환에 적용하기 위한 심장 및 혈관조직재생 연구를 진행하고 있다. 대표적으로 줄기세포로 세포시트를 개발한 내용은 조직공학 저널인 ‘Tissue Engineering’에 표지로 실려 주목받았다. 최근에는 3D 바이오프린터를 이용한 조직공학 연구를 진행하는 등 다양한 분야와 협동하는 융합연구를 시도하고 있다.
“4차 산업혁명 시대에는 융합 과학으로서 선진 연구가 필요합니다. 줄기세포치료는 치료법이 없는 난치성 질환, 퇴행성 질환 등의 치료 가능성을 높이는 차세대 치료법으로 떠오르고 있습니다. 새로운 치료법을 개발하기 위해서는 여러 원천기술이 융합된 연구를 진행되어야 할 것이며, 이를 통해 시너지효과가 발생하면 새로운 결과물이 창출됩니다. 곧 융합 연구의 활성화가 중요한 지표가 될 것입니다. 저희 연구에서 생물학적 연구와 공학적 연구를 융합해 줄기세포 패치를 제작하고 임상적 유효성 연구가 대표적이라 할 수 있겠습니다. 이렇게 확보된 줄기세포 치료법은 다른 의학적 치료법과 같이 안정성과 유효성을 가져야 합니다. 줄기세포 치료법 개발의 안정성과 유효성 이 두 마리의 토끼를 잡을 수 있도록 심도있게 연구를 진행할 것입니다.”

줄기세포 연구에 헌신하는 그는 후학을 양성하는 임무도 충실히 수행하고 있다. 또한, 공익 활동을 위해 사단법인 심혈관건강증진연구원을 설립하고 이사장으로 활동하고 있다. 심혈관건강증진연구원은 동남아시아 의사 수련과 더불어 기초연구 활동을 지원하며 우리나라의 기초 과학이 튼실한 반석 위에 발전할 수 있도록 소통하는 장을 마련하는 등 바쁘게 움직이고 있다.
꿈의 치료제라 불렸던 줄기세포치료. 이제는 줄기세포치료를 꿈으로 끝낼 수 없다. 나노 테크놀로지를 결합한 융합연구는 난치병 치료 등 새로운 치료법의 가능성을 제시하고 있다. 임상의로 바쁜 와중에도 줄기세포치료 연구를 끊임없이 선도해 오고 있는 임도선 교수. 그의 연구는 줄기세포치료라는 꿈을 실현시키기 위한 마중물이 될 것이다. NM