이번 연구를 수행한 공동 연구진. 임성갑(왼쪽부터) KAIST 교수, 박성현 KAIST 박사과정, 권오만·이하나·손미영 한국생명공학연구원 박사 [KAIST 제공]

국내 연구진이 세계 최초로 동물 성분이 완전히 배제된 완전 무이종(xenogeneic-free) 환경에서 인간 장 줄기세포를 대량 배양에 성공했다. 향후 환자 맞춤형 줄기세포를 활용한 첨단 재생 치료 적용이 가능할 것으로 기대된다.

KAIST는 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 한국생명공학연구원 손미영 박사 연구팀과 공동연구를 통해, 무이종 인간 장 줄기세포 재생 치료 플랫폼을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 기존 사용되던 쥐 섬유아세포, 매트리젤 코팅 없이 유기 고분자를 활용한 혁신적인 배양 및 재생 치료 플랫폼을 개발했다.

고분자 스크리닝을 통해 장 줄기세포를 동물 유래 물질 없이 배양하기에 최적인 ‘XF-DISC’ 표면을 발굴했으며, 개발된 XF-DISC는 장 줄기세포의 장기배양, 대량 배양, 동결 보관 시스템에 성공적으로 적용 가능함을 입증했다. 이 플랫폼에서 배양된 장 줄기세포는 분화 모델로 확장 가능할 뿐만 아니라, 생체 내 이식 (in vivo) 실험에 적용되어 장 상피 손상 및 염증성 모델의 쥐 대장에 성공적으로 이식됐다.

이식 이후, 인간 장 줄기세포는 쥐의 대장 조직과 효과적으로 융합됐고, 손상 부위를 재생하고 염증 반응을 완화하는데 탁월한 성능을 보였다.

특히 사람의 세포가 동물 모델에 이종이식된 후에도 기능을 유지하고 조직 재생 효과를 발휘한 것은, 이 플랫폼이 줄기세포 치료제로서의 실질적인 임상 적용 가능성을 입증한 중요한 사례로 평가받고 있다.

이번 연구는 재생 의학 분야에서 인간 만능줄기세포(hPSC)로부터 유도된 장 줄기세포의 신뢰성 있는 대량 배양과 임상 적용 가능성을 한 단계 높일 것으로 기대된다.

향후 이 플랫폼의 상용화 가능성과 대규모 생산성을 평가하고, 환자 유래 줄기세포에 대한 적용성을 검토할 계획이다. 또한 환자 유래 장 줄기세포가 무이종 환경에서 성공적으로 배양될 경우, 실제 환자를 대상으로 한 임상 효과를 검증하는 후속 연구가 진행될 예정이다.

임성갑 교수는 “이번 연구성과는 기존 줄기세포 배양 방식을 넘어, 동물 유래 성분을 완전히 배제한 혁신적인 무이종 배양 플랫폼을 개발한 중요한 전환점”이라며 “인간 장 줄기세포의 대량 배양, 장기배양 및 이식 가능성을 세계 최초로 입증함으로써 줄기세포 치료제의 신뢰성과 생산성을 획기적으로 향상시켰다”고 설명했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 12월 2일 온라인 게재됐다. 구본혁 기자