호치민시 생명공학센터, 무릎 관절 손상 치료 위한 바이오막 개발

하루 된 돼지 연골에서 추출한 줄기세포로 골막을 대체할 생체막 제작 연구

연구팀 대표가 평가 회의에서 연구 결과를 발표하고 있다.

 

이 연구는 치료 과정을 최적화하고 연골 재생 효과를 향상시키는 데 기여한다.

 

연골 재생 효과 향상

 

호치민시 과학기술국은 최근 "미성숙 돼지 체세포 줄기세포로부터 제작된 생체막의 무릎 관절 연골 손상 치료 적용 연구"라는 과학기술 과제의 평가 자문 위원회를 개최했다. 이 연구는 Truong Minh Dung박사가 책임자로, 호치민시 생명공학센터가 주관하여 수행하였다.

 

Truong Minh Dung 박사에 따르면, 무릎 관절 퇴행성 질환은 환자의 삶의 질에 심각한 영향을 미치는 흔한 질병이다. 무릎 관절 연골 손상은 통증과 운동 제한을 유발하며, 노인층의 장애를 초래하는 주요 원인이 된다.

 

현재 일반적인 치료법으로는 물리치료, 약물 치료, 수술 및 세포 이식이 있다. 이 중에서 자가 세포 이식과 골막을 결합한 방법이 연골 손상 회복에 긍정적인 효과를 보여주었다. 그러나 이 방법은 복잡한 수술 과정과 골막 고정에 장시간이 소요되는 등 여러 한계점이 있다.

 

Truong Minh Dung 박사 연구팀의 연구는 하루 된 돼지 연골에서 추출한 줄기세포를 이용하여 골막을 대체할 생체막을 제작함으로써 치료 과정을 최적화하고 관절 연골 재생 효과를 향상시키는 것을 목표로 한다.

 

연구에서 연골 조직 샘플은 베트남 그린피드(GreenFeed) 주식회사에서 하루 된 돼지로부터 채취되었다. 사용 전, 이 샘플들은 PRRS(유럽형과 북미형 모두), 돼지 콜레라, 고병원성 PRRS 균주, 아프리카 돼지열병과 같은 전염성 질병 병원체를 보유하지 않도록 엄격한 검사 과정을 거쳤다. 이는 연구의 안전성과 실제 적용 가능성을 보장하기 위함이다.

 

채취된 연골 조직으로부터 연구팀은 콜라게나제(collagenase) 소화 효소법을 사용하여 줄기세포를 분리한 후, 특수 배양 환경에서 증식 및 분화 능력을 확인했다. 줄기세포는 CD34, CD45(음성)와 CD90, CD105(양성)과 같은 표면 마커를 통해 식별되었으며, 이는 중간엽 줄기세포와 유사한 특성을 보여주었다.

 

이 연구의 중요한 기준 중 하나는 돼지 연골에서 얻은 줄기세포의 증식 및 분화 능력을 평가하는 것이었다. 결과에 따르면, 이 세포들은 높은 배가 속도를 보이며 여러 계대배양(P20 세대까지)에서도 안정적인 특성을 유지했다. 특히, 이들은 재생의학에서 중요한 세 가지 세포 계열인 지방세포, 골세포, 연골세포로 분화할 수 있는 능력을 갖추고 있었다.

 

자연 연골 조직과 유사한 구조

 

Truong Minh Dung 박사에 따르면 지방세포로의 분화를 위해 세포들은 특수 배양액에서 배양되었으며 Oil Red O 염색법으로 검사되었다. 14일 후, 지방 방울이 뚜렷하게 형성되어 좋은 분화 능력을 입증했다.

 

골세포로의 분화는 21일 후 Alizarin Red 염색 테스트를 통해 검증되었으며, 골세포 특유의 미네랄 형성이 확인되었다.

 

연골세포로의 분화는 특수 배양액에서 3D 조직으로 배양된 세포를 통해 이루어졌으며, Safranin-O 염색 결과는 연골 조직의 형성을 확인해 주었다.

 

분리된 줄기세포로부터 연구팀은 생체막을 제작하기 위한 배양을 진행했다. 이 과정은 고밀도 세포 배양과 1% SDS 용액과 DNAse를 결합하여 세포를 제거하는 탈세포화(decellularization) 처리를 포함했다.

 

생체막 제작 과정은 줄기세포를 적절한 지지체와 결합하여 기계적 강도와 높은 생물학적 적응성을 보장하는 방식으로 수행되었다. 완성된 생체막은 보존과 쉬운 적용을 위해 동결건조(freeze-drying) 방법으로 건조되었다.

 

연구 결과, 자연 연골 조직과 유사한 구조를 가지며 손상된 연골 조직 재생을 지원할 수 있는 생체막을 성공적으로 만들어냈다. 동물 모델에서의 실험은 이 생체막이 염증을 감소시키고, 연골 세포 재생을 촉진하며, 관절 기능을 개선한다는 것을 보여주었다. 특히, 생산 공정은 실험실 규모에서 표준화되어 인체 임상 연구로 나아갈 준비가 되어 있다.

 

Truong Minh Dung 박사에 따르면 전통적인 방법과 비교했을 때 하루 된 돼지 줄기세포로 만든 생체막은 여러 장점을 가지고 있다: 높은 생체 적합성, 뛰어난 조직 재생 지원 능력, 풍부하고 안정적인 세포 공급원 등이 있으며, 이로 인해 치료 과정이 단순화되고, 수술 시간이 단축되며, 합병증 위험이 감소한다.

 

세포 분리, 조직 배양, 생체 재료 제작 분야의 첨단 기술을 결합함으로써, 이 연구는 무릎 관절 연골 손상 치료에 새로운 방향을 제시할 뿐만 아니라 재생 의학 분야에 큰 잠재력을 열어주고 있다.

 

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