외상성 뇌손상을 수술 없이 치료할 수 있는 비침습적 줄기세포 전달 기술이 개발됐다.
외상성 뇌손상은 갑작스러운 충격으로 신경세포가 손상되거나 사멸해 인지·운동 기능 저하를 유발하는 중증 질환이다.
현재까지 손상된 뇌 기능을 근본적으로 회복할 수 있는 치료법은 제한적이며 줄기세포를 뇌에 직접 주입하는 기존 치료 방식은 침습적인 수술이 필요하고 세포 생존율이 낮다는 한계가 있다.
연구팀은 바이오리액터(생물반응기) 시스템을 활용해 줄기세포를 대량 배양한 뒤 이를 고기능성 집합체인 신경구 형태로 제조했다.
이렇게 만들어진 신경구는 실크 단백질(피브로인) 등이 포함된 특수 하이드로겔에 담겨 비강으로 주입된다.
연구팀은 하이드로겔 캡슐화를 통해 줄기세포를 감싸 체내 생존율을 높였고, 신경구에서 분비되는 다양한 치료 유효 인자(세포 분비 물질)가 뇌 손상 부위로 전달될 수 있도록 해 치료 효과를 극대화했다.
연구팀은 실제 사고 상황과 유사한 외상성 뇌손상을 입은 동물 실험을 통해 줄기세포 신경구 치료 효과를 확인했다.
그 결과 치료를 받은 그룹은 3일 만에 뇌 기능 회복이 시작됐고 1주일 뒤에는 치료받지 않은 그룹보다 2배 이상 빠른 회복 속도를 보였다.
특히 기억과 학습을 담당하는 뇌의 핵심 부위에서 손상으로 줄어들었던 회복 관련 물질이 정상 수준에 가깝게 되살아났다. 또 죽어가던 뇌세포가 다시 살아나고 새로운 신경세포가 유지되면서 뇌 조직이 회복됐다.
뇌 손상 이후 쌓이던 독성 물질과 스트레스 요인이 치료군에서 크게 줄어 손상된 뇌 환경이 정화되는 효과도 있었다.
또 뇌세포 간 연결 구조가 안정적으로 유지돼 사고로 끊어질 수 있었던 뇌 신경망이 보호됐다.
연구팀은 이번 결과가 단순히 손상을 늦추는 수준을 넘어 손상된 뇌가 스스로 회복할 수 있는 환경을 형성하는 치료 가능성을 보여준다고 평가했다.
연구팀은 줄기세포를 자동으로 대량 배양할 수 있는 바이오리액터 시스템을 이용해 '마스터 세포 은행'을 구축하는 데에도 성공했다.
이는 신경구의 원형이 되는 '중간엽줄기세포'를 안전하게 보관해 두고 이를 바탕으로 동일한 성능의 세포를 반복 생산하는 방식이다.
이를 통해 짧은 기간 안에 치료에 필요한 수의 줄기세포를 안정적으로 확보할 수 있게 됐다.
세포 은행의 줄기세포는 소량씩 나눠 냉동 보관되며 필요할 때마다 언제든 동일한 품질의 세포를 사용할 수 있도록 체계적으로 관리된다.
연구팀은 이 시스템을 통해 저장된 줄기세포들이 세포 고유의 성질과 분화 능력을 유지하고 있다는 점을 확인했다.
이는 대량 생산과 보관 과정을 거치더라도 세포가 변질하지 않고 치료제의 효능과 안전성을 온전히 갖추고 있음을 입증한 결과다.
이번 연구는 '외상성 뇌손상에서 급성 신경 보호를 위한 하이드로겔 기반 인간 제대 유래 줄기세포 신경구의 비중격 전달 기술'이라는 제목으로 국제 저널인 '에이피엘 바이오엔지니어링' 1월호에 실렸다.
박 교수는 "위험한 뇌 수술 없이 비강을 통해 줄기세포를 전달하는 이번 기술은 환자의 안전성과 치료 효과를 동시에 확보할 수 있는 혁신적인 방법"이라며 "외상성 뇌손상뿐만 아니라 파킨슨병, 알츠하이머 등 다양한 난치성 뇌 질환 치료 영역으로 확장해나가겠다"고 말했다.
