▲ [사진제공 = 서울대학교 공과대학]

서울대학교 공과대학(학장 차국헌)은 화학생물공학부 황석연·김병기 교수와 한양대학교 공과대학 생명공학과 이동윤 교수 연구팀이 효소에 의한 생체고분자 가교 기술(crosslinking)을 이용해 세포 표면에 나노필름을 형성하는 ‘세포 케이징(cell caging)’기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

‘세포 케이징’ 기술은 이종 췌도세포 이식 시 면역거부반응을 막아주며 원활한 세포의 인슐린 분비를 할 수 있어 면역억제제 없이 제1형 당뇨 환자를 치료할 수 있는 가능성을 열었다.

연구팀은 정전기적 인력을 이용해 생물 유래 고분자인 키토산과 히알루론산을 차례로 적층하는 방식으로 나노필름 제작에 성공했다.

지속력이 낮은 기존 나노필름 적층 방식의 단점 극복을 위해 공동연구팀이 새로 개발한 효소인 방선균 유래 티로시나아제(S.av. tyrosinase)를 통한 가교 기술로 더욱 견고하고 지속력 높은 필름을 제작했다. 신규 개발된 티로시나아제는 기존 효소 대비 가교 속도가 매우 빨라 임상 현장에서 유용한 사용이 가능하다.

효소 가교가 도입된 나노필름의 두께는 약 140nm의 비교적 얇은 두께이지만 물리적 자극에 안정성 유지 및 면역세포의 공격으로부터 세포를 보호한다. 기존에는 제1형 당뇨 치료를 위한 세포치료제 이식 재료로 알긴산(alginate)이 대중적으로 사용되고 있었다.

그러나 캡슐 두께가 두꺼워 혈당 인식-인슐린 분비가 즉각적이지 못하고 알긴산 자체의 면역반응 유도에 의한 섬유화 등의 위험성을 내재하고 있다. 연구팀이 개발한 나노필름 기술은 얇은 두께로 즉각적인 혈당 인식 및 인슐린 분비가 가능하다.

이번 연구팀은 마우스의 췌도세포인 MIN6 세포에 케이징 기술을 적용하고 제1형 당뇨가 유발된 마우스의 신장에 이식해 혈당 조절에 성공했다. 가교 기술을 도입하지 않은 그룹과 비교했을 때 가교된 나노필름 그룹에서의 혈당 조절이 원활해 효소 가교의 우수성을 입증했다.

또한 나노필름 기술은 단일세포 및 세포덩어리(spheroid)에 모두 적용을 할 수 있어 이종장기 이식이나 줄기세포를 이용한 질병 치료에도 적용이 가능할 것으로 예상된다.

황석연 교수는 “이번 연구에서 개발된 세포 케이징 기술을 이용하면 베타세포 이식을 통한 제1형 당뇨병 치료에 가장 큰 문제점인 면역거부반응을 극복할 수 있을 것으로 기대된다”며 “지속적인 연구 개발로 세포 케이징 기술 실용화를 앞당기는 것이 목표다”고 말했다.

연구팀은 ‘세포 케이징’ 기술의 국제특허 출원과 함께 ‘실험실 특화형 창업선도대학 사업’(한국연구재단) 및 ‘바이오 유망기술 글로벌 창업지원사업’(바이오아이코어 사업단)에 예비창업팀으로 선정돼 실용화 연구에 착수했다며 앞으로 국내·외 세포치료제 개발 기업들과 협력할 계획이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 6월 23일 자로 온라인에 게재됐다.(논문명: Novel Enzymatic Crosslinking-based Hydrogel Nanofilm Caging System on Pancreatic β-cell Spheroid for Long-term Blood Glucose Regulation)