"망가진 뇌 되살린다" 줄기세포EV와 하이드로젤 결합

외부 충격으로 손상된 뇌(외상성 뇌손상, TBI)의 기능을 크게 회복시킬 수 있는 방법이 개발됐다.

차의과학대 분당차병원 신경외과 한인보 교수와 미국 럿거스대학 이기범 교수 공동연구팀은 저산소 조건에서 배양한 줄기세포 유래 세포외소포체(EV)와 생체직교형 하이드로젤(BIOGEL)을 결합해 손상 부위에 지속적으로 전달하는 방식의 치료 기술을 재생의학 분야 국제학술지(Advanced Science)에 발표했다.

TBI는 외상 직후의 직접 손상에 이어 염증, 혈관 기능 저하, 신경세포 소실 등 2차 손상이 장기간 지속돼 기능 회복을 어렵게 한다. 기존 치료는 출혈·부종·염증을 줄이는 데 그쳐 손상된 신경조직 자체를 되살리기에는 한계가 있었다.

연구팀은 인간 유도만능줄기세포(hiPSC)에서 분화된 신경전구세포(NPC)에 저산소 유도제(deferoxamine)로 손상된 뇌 환경을 모사했다. 이 과정을 통해 VEGF·miRNA-9이 풍부한 고기능 EV를 생산하는데 성공했다.

EV는 손상 조직 회복과 염증 조절 능력이 뛰어나지만 체내 유지시간이 짧고 전달률이 낮다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 뇌 조직 탄성과 유사한 젤라틴 기반 BIOGEL을 개발해 EV와 결합시켜 손상 부위에 주입했다. 이 하이드로젤은 손상 부위와 밀착해 EV를 서서히 방출시켜 치료 신호가 장기간 유지되도록 도와준다.

동물실험 결과, BIOGEL-EV 복합체는 병변 크기를 40% 이상 줄이고, 신경세포 재생 및 축삭 재형성 촉진, 혈관 재생 증가 및 염증 감소, 운동·인지 기능 회복 향상 등의 효과를 제공했다.

한인보 교수는 "저산소 조건 EV의 생물학적 신호를 하이드로젤로 안정적으로 전달해 2차 손상 억제는 물론 신경도 재생켰다"며 "TBI 뿐 아니라 척수손상·허혈성 뇌질환 등 다양한 신경계 질환 치료로 확장 가능하다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단과 범부처재생의료기술개발사업의 지원을 받았다.