심혈관질환은 국내 사망원인 1위인 암의 뒤를 잇는 질환이다. 특히 심근경색은 심장 근육이 혈액을 공급받지 못해 괴사하는 질환으로 통계청에 따르면 2019년 우리나라 하루 평균 급성심근경색 환자 발생 건수가 97.7명으로 2014년 78.7명에 비해 3년 만에 24.1%가 증가한 것으로 나타났다. 사망률 30%에 달하는 많은 이들의 건강과 생명을 앗아가는 무서운 질병, 심근경색. 국민의 건강을 지키기 위한 새로운 치료법 개발이 절실하다.
 
최선영 기자 csy@

전 세계적으로 심혈관 질환에 대한 줄기세포 치료제로 성체줄기세포가 주연구주제로 다뤄지고 있다. 그러나 임상시험 결과 약 2~4% 정도의 심구혈률 개선효과가 나타나는 것으로 보고되고 있어, 성체줄기세포를 이용한 치료법은 효과가 미흡한 실정이다. 기존 성체줄기세포의 미흡한 치료 효과를 극복할 수 있는 해결책은 없을까? 중간엽 줄기세포를 이용한 3D 심장패치로 심근경색의 새로운 치료법 개발 가능성을 연 가톨릭대학교 서울성모병원 순환기내과 박훈준 교수의 이야기를 들어보자.

HGF 엔지니어링 중간엽 줄기세포 이용한 3D 심장패치 개발
가톨릭대학교 서울성모병원 박훈준 교수는 ‘엔지니어링 중간엽 줄기세포를 이용한 고기능성 복합세포 심근경색 치료제 개발’ 연구를 진행했다. 이번 연구는 가톨릭 세포치료 사업단의 골수유래 중간엽 줄기세포(가톨릭 마스터세포)와 ㈜에스엘바이젠에서 생산한 HGF 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포를 분양받아 진행됐다. 박 교수는 심장유래 세포외기질 바이오잉크에 총 1 X 10⁶개(1:1)의 세포를 봉입하여 3D 프린팅 기술로 심장패치를 제작했다. 또한 HGF 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포는 체내에서 장기 생존하면서 발생될 수 있는 안전성 문제를 차단하고 세포 분열과 분화를 조절하기 위해, 체내 이입 시 100cGy의 방사선을 조사해 최종 세포주를 제작했다.

▲ 박훈준 교수

심근경색 동물모델에 제작한 3D 심장패치를 이식하여 심기능 호전 여부를 확인한 결과, 골수유래 중간엽 줄기세포/HGF 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포의 혼합세포군에서 Control 및 단독세포패치군에 비해 좌심실의 구획단축 및 수축률이 향상됐다. 또한 심근경색 후 유발되는 섬유화를 감소시키고 모세혈관 밀도를 증가시켜 재형성(adverse remodeling) 방지 효과도 나타났다. 그의 이번 연구는 임상 적용 가능성이 있는 새로운 복합세포 융합 플랫폼으로, 기존의 줄기세포치료가 가진 한계를 극복한 점에서 의의가 크다. 박 교수는 기존의 치료법으로 완치가 불가능한 중증 허혈성 심장질환 환자들에게 새로운 치료기회가 열릴 것이라고 강조했다.
“골수유래 중간엽 줄기세포와 HGF를 발현하는 엔지니어링 중간엽 줄기세포를 혼합한 복합세포주로 생체적합성 3D hdECM 심장패치를 개발해 세포의 보유와 생착을 증가시킴으로서 기존 골수유래 중간엽 줄기세포 대비 높은 치료 개선 효과를 이끌어 냈습니다. 앞으로는 HGF 이외에 SDF1α를 포함한 다양한 성장인자 발현 엔지니어링 중간엽 줄기세포를 활용하여 3D 심장패치의 측분비 효과를 극대화 시키기 위한 연구를 지속적으로 수행할 계획입니다.”

이 외에도 박 교수는 3D hdECM 심장패치의 심장재생 효과를 검증하는 다양한 연구를 펼쳐왔다. 그는 2017년 ‘심장유래 세포외기질 바이오잉크를 이용한 줄기세포 탑재 3차원 구조체 개발 및 심장재생 효과 분석’ 연구를 통해 세계 최초 3D 세포프린팅 기술을 3D 심장패치를 제작해 심장재생효과를 극대화시켜 많은 주목을 받은 바 있다. 최근에는 효율적인 심장재생을 위해서는 심근과 혈관이 동시에 재생되어야 한다는 전제하에 ‘중간엽 줄기세포 기반 3D 심장패치의 심외막 이식과 동시에 유도만능줄기세포로 부터 유래된 박동하는 심근세포를 괴사된 심근조직에 직접 투여하는 병용요법’의 유효성과 안전성을 심근경색 동물모델을 이용하여 연구를 진행 중이다. 현재 동물실험에서 병용요법이 단독 치료법에 비해 괴사부위의 섬유화 백분율 감소 및 모세혈관 밀도의 증가뿐만 아니라 심근 수축력 증가로 인해 심기능이 호전됨을 확인하였으며 본 연구결과는 국제학술지인 Nature Communcations에 게재될 예정이다.

훌륭한 덕목 갖춘 의과학자로 거듭날 것
박훈준 교수는 10년 이상 심장을 치료하는 임상의로 지내오다 2012년 미국 에모리 대학교 심장내과 줄기세포연구소 연수를 계기로 줄기세포 연구자의 길로 들어섰다. 줄기세포 연구에 대한 경험과 지식의 부족으로 어려움을 겪었지만 가톨릭대학교 오일환 교수, 포항공과대학교 조동우 교수, 장진아 교수, 홍콩시립대학교 반기원 교수, 건국대학교 문성환 교수 등 국내외 여러 훌륭한 교수들과 공동연구를 수행해 좋은 결실을 맺을 수 있었다.

박 교수는 앞으로 훌륭한 국내외 연구자들과 함께 다양한 연구를 펼칠 계획을 밝혔다. 그는 줄기세포를 이용한 재생치료의 한계성을 극복하기 위해 나노베지클, 엑소좀 등 세포전달물질에 대한 연구를 진행할 계획이다. 이 연구는 산화철을 입힌 중간엽 줄기세포로부터 활성화된 나노베지클을 얻어 괴사된 심근에 투여해 심기능이 호전된 치료 효과를 이미 선행연구를 통해 확인한 바 있다. 이와 동시에 괴사된 심근조직에 심근세포를 직접 투여하는 병용요법의 유효성과 안전성을 담보하기 위해, 심근세포 성숙을 위한 최적화된 분화프로토콜을 개발하고, 향후 임상적용을 위하여 고효율, 저비용의 동결보존액 개발연구를 수행할 예정이다.

질병으로 고통받은 환자들의 아픔을 이해하고 최상의 지식과 술기로 환자를 치료하는 임상의로서의 덕목과 질병의 병태생리를 파고들어 이를 극복할 수 있는 첨단기술을 개발하는 연구자로서의 덕목. 이 두 가지 덕목이 조화롭게 잘 어우러진 훌륭한 의과학자 (Physician Scientist)가 되는 것이 꿈이라 말하는 박훈준 교수. 앞으로 그의 임상의이자 연구자로서의 삶이 국내 심혈관질환으로 고통받고 있는 환자들의 삶에 어떠한 긍정적 영향을 미칠지 그 귀추가 주목된다. NM