국내 연구진, 인공 간 '기성품' 개발 전기 마련

재생능 향상된 생체 모사 인공 간 제작 성공

△자료=범부처재생의료기술개발사업단 제공

범부처재생의료기술개발사업단(단장 조인호)은 서울대학교 강경선 교수, 김다현 박사 연구팀과 기존 생체 스캐폴드의 한계점인 이식 후 빠른 생분해와 염증 발생으로 인한 문제점을 극복하기 위해 나노 산화 그래핀을 이용한 스캐폴드 가교기술을 개발했다고 최근 밝혔다.

해당 기술은 고기능성의 생체 모사 인공 간을 제작하는데 핵심 기술로 사용되며, 손상된 간을 효과적으로 재생시키는 이식 장기의 대체재로 사용할 수 있는 유망한 기술로 전망된다. 

전 세계적으로 간 이식에 사용되는 기증 장기는 부족한 실정이다. 이에 따라, 조직 공학을 통해 생산되는 인공 간이 대안으로 제시되고 있지만 간의 정교한 미세 구조로 인해 생체 모사 간을 제작하기는 한계가 있다. 

이 같은 한계를 극복할 차세대 기술로 동물의 장기에서 세포를 모두 제거한 탈세포 스캐폴드에 사람의 세포를 다시 주입하는 재세포화 기술이 주목받고 있다. 스캐폴드 내 기존 장기의 미세 구조와 생화학적 특성을 최대한 보존할 수 있기 때문이다. 그러나 탈세포 스캐폴드를 생체 내에 이식 시 약한 물성으로 인해 쉽게 생분해되고, 분해된 물질들이 염증 반응을 유발한다는 한계가 있다.

연구팀은 나노 산화 그래핀을 탈세포 지지체에 가교결합 시키는 기술을 통해 물성 강화 및 면역원성이 감소된 생체 스캐폴드를 제작하고, 이를 이용해 이식 시 생존능이 높으면서 생체 내 기능성, 재생능이 향상된 생체 모사 인공 간을 제작하는 기술을 개발했다.

연구팀은 나노 산화 그래핀을 펩타이드 결합을 통해 탈세포 스캐폴드에 가교결합시킴으로서 기계화학적 물성을 크게 강화시켰다. 더불어 나노 산화 그래핀이 생체 내 효소의 활성을 저해하고, 항염증 효과를 통해 스캐폴드를 보호함을 규명했다. 실제 기존의 스캐폴드를 이용 시, 1-2주 내 모두 소실되고, 염증이 발생했다. 그러나 본 연구팀의 연구 결과 스캐폴드의 생체 이식 시 약 60일 이후에도 다량의 스캐폴드가 안정적으로 유지됨을 확인할 수 있었다. 

나노 산화 그래핀이 산화가교 된 스캐폴드로 제작된 생체 모사 인공 간은 실제 마우스 간과 유사한 구조를 가짐을 확인했으며, 생체 외 기능성 또한 높게 유지됐다.

그래핀이 가교된 스캐폴드로 제작된 생체 모사 인공 간을 급성 간부전 및 만성 간부전이 유발된 마우스 모델에 각각 이식 시 손상된 간을 효과적으로 재생해 간 기능을 회복시키는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 그래핀을 활용한 생체 스캐폴드는 앞으로 생체 모사 인공 장기 개발에 광범위하게 활용되고 그 실용성을 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 

강경선 교수는 “이번 연구성과는 기존 생체 스캐폴드의 한계를 극복하고 인공 간의 이식 거부 반응 억제 및 재생능을 극대화한 차세대 조직공학 기술을 개발한 데 의의가 있으며, 궁극적으로 off-the-shelf의 기성품 인공장기를 실험실에서 제작할 수 있는 전기를 마련했다”며 “개발된 스캐폴드 기술은 인공 간뿐만 아니라 다양한 장기의 스캐폴드에도 광범위하게 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이 같은 연구성과는 범부처재생의료기술개발사업단이 추진하는 재생의료 원천기술 개발 사업 및 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 세종과학펠로우십 사업의 지원으로 수행한 결과이며, 세계적 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)“ (IF=17.694)에 게재되었다.