최근 스포츠·고령 인구의 증가로 인해 연골 결손의 발병이 매년 증가하는 가운데, 우수한 연골 재생 치료 효과를 얻을 수 있는 줄기세포 분리배양 방법이 확인됐다.

서울대병원 정형외과 한혁수 교수팀은 새로운 형광 표지자(FreSHtracer probe)를 사용해 세포 내 글루타치온 수준에 따라 중간엽줄기세포를 선택적 분리할 수 있으며, 이렇게 분리한 글루타치온(GSH, glutathione) 수준이 높은 고기능성 줄기세포가 줄기세포능, 연골분화능, 생체 내 연골재생능 등 치료 효능이 우수함을 확인했다고 10일 밝혔다.

글루타치온은 줄기세포 기능과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려진 세포 내 대표적 항산화 인자로, 교수팀은 ㈜셀투인과 공동 연구팀을 꾸려 글루타치온의 세포 수준을 모니터링할 수 있는 새로운 형광 표지자를 이전에 개발한 바 있다.

연구팀은 형광 표지자를 사용하여 글루타치온 수준에 따른 중간엽줄기세포의 기능을 확인하기 위해 줄기세포의 특이적 마커 발현, 이동능, 콜로니 형성능 및 산화스트레스 저항능을 통해 평가했다. 또한 연골 분화 기능을 평가하기 위해 연골 분화 유도시험을 통해 연골 분화 관련 인자들의 발현 및 3차원 배양을 진행했다.

그 결과, 글루타치온 수치가 높은 중간엽줄기세포에서 우수한 줄기세포능 및 연골분화능을 확인했다.

이어 연구팀은 글루타치온 수치에 따라 선택적으로 분리한 고기능성 중간엽줄기세포의 생체 내 연골재생능을 평가하기 위해 토끼 연골 결손 모델을 사용해 줄기세포를 관절 내 주사하고, 조직학적 분석을 수행했다.

분석 결과, 글루타치온 수치가 높은 중간엽줄기세포만이 주변 조직과의 향상된 결합성 및 초자연골(관절연골의 주성분, hyaline cartilage)로의 재생을 보였다. 초자연골 재생 정도를 평가하는 O’Driscoll scoring에서 글루타치온 레벨이 높은 고기능성 중간엽줄기세포를 주입한 그룹에서 우수한 초자연골 재생이 관찰됐다. 이는 향후 고기능성 중간엽줄기세포 분리배양 기술을 통한 연골 재생 치료의 효과를 높일 수 있는 가능성이 열린 것이라고 연구팀은 설명했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘바이오머티리얼즈 리서치’(Biomaterials Research, IF:15.863)에 게재됐다.

한혁수 교수는 “이번 연구를 통해 새로운 형광 표지자를 사용하여 고기능성 줄기세포 분리배양의 가능성 및 분리된 고기능성 줄기세포가 우수한 초자연골 재생 효능을 보여주는 것을 확인했다”며 “이는 줄기세포치료제 개발의 한계인 품질관리를 가능하게 하고 더 나아가 연골 재생 치료 효능이 높은 고기능성 줄기세포의 대량 배양 기술 개발에서 유효성 평가를 위한 객관적 지표로 사용할 수 있게 된 의미 있는 결과로, 연골 재생 치료를 위한 줄기세포치료제의 효과적 임상 적용에 한 발짝 더 나아가게 만든 연구”라고 말했다.

한편, 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC)는 수정란이 분열하여 생긴 중배엽에서 분화된 골조직, 지방조직, 골수의 기질 등에 존재하는 줄기세포로, 연골 재생을 위한 대표적인 세포 공급원이다. 최근에는 동종 중간엽줄기세포를 이용한 연골 재생 치료에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.