섬유아세포 증식인자(fibroblastgrowth factor:FGF)의 일종인 FGF-2가 지방조직 유래 줄기세포(ASCs)의 증식 외에 지방 분화도 촉진시킨다는 사실을 밝혀졌다.

간사이의과대학 성형외과학 가쿠도 나츠코 교수와 구스모토 겐지(楠本健司) 교수팀이 발표한 이 연구에 따르면 ASCs를 성형외과 분야로 이용 가능성을 확산시켰을 뿐만 아니라 환자의 부담을 최소화하여 창상이나 악성종양 절제 후 결손 부위, 선천성 외표 이상의 변형 등 여러 방면에서 입체 재건도 가능하다.


간엽계 줄기세포에 성형외과 분야 큰 기대

해를 거듭할 수록 재생의학(Regenerative Medicine)에 대한 기대가 높아지고 있다. 성형외과 분야 역시 다양한 수술법이 잇달아 개발되는 등 이러한 현상은 뚜렷하다. 
그 중에서 줄기세포의 다분화 기능을 이용하는 방법이 가장 주목을 끌고 있다. 특히 체성 줄기세포, 그 중에서도 간엽계 줄기세포에 눈길이 모아지고 있다.

성형외과에서 간엽계 줄기세포가 주목되는 이유에 대해 가쿠도 교수는 다음과 같이 말한다. “외상이나 악성종양을 절제한 후에 연부 조직이나 경부 조직이 없어지거나 원형을 되찾기 위해 결손된 조직을 재건하는 경우가 많다. 지금까지 성형외과에서는 유방 재건에 인공 임플란트나 근피판이, 또 지방의 결손 재건에는 유리지방을 이식 등을 이식해 왔다. 그러나 인공 임플란트는 이물질이라서 감염이나 노출될 위험이 있고, 근피판은 다른 부위에서 채취해야 하는 문제가 있기 때문에 줄기세포에 관심을 두는 것은 당연하다.”

최근 이러한 문제를 해결해 주는 재생의료 기술이 주목되면서 세포·증식인자·담체를 이용한 재생이 실시 중인 가운데 간엽계 줄기세포에 대한 응용이 기대를 모으고 있다.

교수는 “지방 조직을 줄기세포의 공급원으로서 생각할 때 수술시 잉여 조직에서 채취하기가 쉽고 국소마취 상태에서 채취할 수 있는데다 동통이나 도너 사이트(donor site)의 변형·결손되는 경우가 매우 적다. 이것이 지방조직이 재생의료에서 보편적으로 이용되는 줄기세포의 공급원으로 가장 이상적이라고 보는 이유”라고 말한다.

ASCs에 관한 연구에 대해 가쿠도 교수는 “사람의 피하지방을 이용한 ASCs의 초대 배양법을 세우고 세포가 효율적으로 분화되는 배양 조건을 탐색하는데 시간이 걸렸지만, FGF-2에서는 비교적 그렇지 않았다. ASCs가 가진 다양한 분화능력과 장래성은 매우 뛰어나다”고 말한다.
 

ASCs의 풍부한 분화능

ASCs의 배양 조건은 [그림1]과 같다. 사람지방 유래 줄기세포를 7일 동안 기초 배양지에서 증식시킨 다음(증식기), 14일간 지방성 분화배양지에서 배양시키고(지방성 분화기) 이때 FGF-2(10ng/mL)를 첨가했다.
 
위상차 현미경[그림2], 메틸티아졸(MTT) 어세이를 통해 FGF-2의 증식 효과가 밝혀졌다.

FGF-2를 이용해 증식시킨 군(제2군)은 대조군에 비해 지방성 분화가 유의하게 촉진됐다.

분화기에만 FGF-2를 첨가한 군(제3군)에서는 분화 촉진이 나타나지 않았다.

글리세린-3-인산탈수소산소(GPDH) 활성[그림3a], 지방 축적량, 지방성분화 마커인 페르옥시좀 증식인자활성화 수용체 (PPAR ), 글루코오스 트랜스포터 4형(GLUT4)의 측정 [그림3 b, 3c], Oil red O염색 모두 이러한 경향과 일치했다.

FGF-2는 ASCs의 증식을 촉진시킬 뿐만 아니라 지방성 분화도 촉진시킨다.
 
 
수년내 임상응용 가능성

가쿠도 교수는 “이번 연구에 이용한 FGF-2는 bFGF(basic FGF)라고도 불린다. 이는 섬유아세포나 혈관내피세포, 연골세포, 골수유래 간엽계 줄기세포를 증식시키는 인자로도 알려져 있다. 또 FGF-2 제제는 임상적 사용이 이미 승인돼 있으며 FGF-2의 동결건조 분말을 첨부 용액에 섞어 스프레이로 뿌려 욕창과 피부 궤양에 사용되고 있다. FGF-2는 향후 재생의료에서 가장 유력한 증식인자 중 하나가 될 것이다. ASCs를 재생의료에 응용할 때 지방분화 유도 전에 FGF-2로 증식시키면 효율적으로 지방을 분화시킬 수 있을 것”이라고 말한다.

이번 연구결과가 응용될 가능성에 대해 구스모토 교수는 다음과 같이 말한다.

“임상 응용에서 재생의료에 이용되는 세포는 면역거부반응과 윤리적 측면을 고려할 필요가 없는 자기세포를 이용해야 한다. 이번 연구도 이러한 흐름에 따른 것이다. 자기 세포라서 최소한의 희생으로 채취할 수 있는 ASCs는 가까운 장래에 반드시 임상 재생의료의 중추적 기능을 담당할 것이다. ASCs의 분화기능이나 조직형성 기능에 대해서는 지방, 연골, 뼈, 골격근, 심근, 신경, 혈관으로 분화된다고 밝혀져 있다. 현재 ASCs의 큰 주제는 유방 재건을 위한 지방조직 재생이지만 이 분화 능력을 응용하면 창상치료나 뼈 결손부, 그리고 관절부위의 뼈·연골 재생, 미용외과 분야의 수술 등 그 혜택을 받는 치료 대상은 많다.”

앞으로 수년 후가 지나서야 임상에 응용되겠지만 그때까지 밝혀내야 할 과제도 있다.
즉 (1)무혈청 배양지 또는 사람혈청 배양지에서 대량으로 배양시키는 방법과 분화 유도법을 확립해야 한다 (2)재생조직의 혈관구축 (3)3차원 조형을 목적으로 한 담체의 개발- 등이다.

이를 위해서는 기초 연구에서부터 임상에 이르기까지 이행적 연구(translational research)를 강화시켜야 한다. 또 자기 지방조직을 이식할 경우 이식 후에 흡수되는 양이 줄어드는 문제가 있는데 ASCs를 이용한 재생지방조직에서도 장기적인 관찰과 평가가 필요하다.

체세포에서 얻을 수 있는 인공다기능성 줄세포(iPS 세포)와의 역할 분담에 대해 구스모토 교수는 “유전자를 도입할 필요가 없어 윤리적으로도 문제가 없고 조제하기 쉬운 ASCs는 조직을 재생시키는데 가장 임상에 응용하기 쉬운 줄기세포”라고 말한다.