파킨슨병의 경우 근본적인 치료를 위해서는 도파민 분비세포를 뇌에 이식하는 세포치료가 필요하지만 인체의 면역세포가 이식된 세포를 공격하는 바람에 생착률은 낮다는 한계를 안고 있었다. 이런 경우 이식세포 보호대를 이용하면 면역세포의 공격을 막을 수 있어 이식세포의 생착율을 획기적으로 높일 수 있게 된다.

 

백선하 서울대학교병원 신경외과 교수(사진)와 조동우 포스텍 교수 연구팀은 6일 세포기반 약물전달시스템(Cell-based drug delivery systems)인 ‘하이브리드 지지대’ 개발에 성공했다고 전했다.

 

이식세포를 이식 대상 동물에 전달하는 방법으로는 지금까지 하이드로겔 제제를 사용하는 방법이 유력했다. 하이드로겔은 단백질이나 신경전달 물질이 자유롭게 투과할 수 있어 도파민 분비세포를 하이드로겔에 넣은 뒤 파킨슨병 동물에 이식하면 이 세포가 하이드로겔을 통해 신경전달물질일 도파민을 공급하는 방식이다.

 

다만 하이드로겔은 기계적인 강도가 매우 약해 구조체를 안정적으로 유지하기 어렵다는 한계가 있었다. 때문에 하이드로겔을 이용해 도파민 분비세포를 이식하더라도 생체 내에서 형태를 유지하지 못해 치료 효과는 기대하기 어려웠다.

 

이를 보완하기 위해 개발된 것이 하이브리드 지지대다. 3D 프린팅 기술로 제작된 가로, 세로, 높이 1500㎛ 의 정육각형 모양의 형틀(3D-Frame) 안에 하이드로겔을 넣었다. 3D-프레임 내부 뼈대가 기계적 강도를 향상시켜 주고 내부의 하이드로겔은 동물의 면역세포의 공격을 막아줘 이식세포가 동물 뇌 조직에 안정적으로 정착할 수 있는 환경을 제공한다고 연구팀은 설명했다.

 

실제로 연구팀은 도파민 분비세포를 하이드로겔과 하이브리드 스캐폴드에 각각 넣고 생쥐에 투약한 후 8주 동안 혈청 도파민 분비 농도를 측정했다. 그 결과 1 주차 때 하이브리드 스캐폴드 사용군은 250pg/mL, 하이드로겔 사용군은 190pg/mL였으나 7주차 때는 각각 420pg/mL, 290pg/mL로 벌어졌다.

 

또 도파민 분비세포를 하이브리드 스캐폴드에 넣고 쥐의 뇌 조직에 이식한 뒤 1주일 후 뇌 조직을 꺼내 면역 조직 화학검사를 한 결과, 급성기 면역거부 반응이 줄어든 것을 확인했다.

 

조동우 교수는 “하이브리드 지지대를 이용해 동물 모델에 세포를 이식하면 지지대 안팎으로의 세포 이동은 억제되는 반면 하이브리드 지지대 내부의 세포에서 분비되는 성장인자 등 단백질이나 신경전달물질 등은 자유롭게 투과시킬 수 있어 향후 세포치료의 효과를 극대화할 수 있게 됐다”고 말했다.

 

한편 파킨슨병은 흑질이라는 특정 뇌부위에서 운동에 필요한 신경전달물질인 도파민을 분비하는 신경세포가 지속적으로 파괴되는 질환이다. 이에 치료법을 개발하기 위해 도파민을 분비하는 세포를 이식하는 등 세포치료에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.