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줄기 세포의 능력을 증폭시키는 나노자극제

<KISTI의 과학향기> 제3546호

미국 일리노이 대학(University of Illinois at Urbana-Champaign)의 연구진은 나노자극제(nanostimulator)가 근육에 주입된 줄기 세포의 재생력을 증폭시킬 수 있다는 것을 증명했다. 나노자극제는 상체를 치유하기 위해서 줄기 세포를 자극할 수 있는 분자를 가진 나노입자이다.
 
재생의학에서 산소 부족으로 근육이 손상된 환자에게 이상적인 치료법은 줄기 세포를 주사하는 것이다.
 
이번 연구진은 줄기 세포와 자극 인자를 이용해서 국소적인 근육 허혈(muscle ischemia)을 치료하는 연구를 수행했다. 근육 허혈(산소 또는 혈액 공급 이상으로 인한 근육 손상)은 사지 또는 말초 동맥 질환과 같은 몇 가지 원인으로 인해 발생할 수 있다. 환자의 지방 조직에서 만들어진 줄기 세포는 산소와 영양분을 회복시키고 손상된 조직의 염증을 조절하는 인자(사이토카인)를 생성했다. 그러나 생체 내 실험을 했을 때, 줄기 세포의 활동이 근육 주사 후에 감소하는 문제가 발생되었다.
 
종양을 괴사시키는 알파(alpha)라고 불리는 분자는 원하는 인자들을 더 많이 분비하도록 줄기 세포를 자극한다. 그러나 주사 전에 줄기 세포를 TNF-알파와 함께 배양하면 이런 효과가 빠르게 사라졌다. 이번 연구진은 TNF-알파가 줄기 세포에 부착되도록 새로운 나노자극제를 만들었다. 나노자극제는 TNF-알파와 나노입자가 서로 묶여 있는 구조이다. 나노입자는 줄기 세포 표면의 수용체와 결합하여 TNF-알파를 줄기 세포에 전달했다.
 
조직 재생을 위한 줄기 세포의 주요 이점은 손상된 조직을 치유하기 위한 유익한 성장 인자 및 사이토카인(cytokine)을 방출한다는 것이다. 나노자극제는 줄기 세포가 더 오랫동안 이로운 인자를 방출할 수 있게 한다. 이것은 손상되거나 질병 또는 노화된 조직에 줄기 세포를 이식될 때 중요하다.
 
이번 연구진은 허혈이 있는 쥐에 지방 조직에서 분리된 줄기 세포와 나노자극제를 혼합하여 쥐의 다리에 주사했다. 그 때 허혈성 다리에서 혈류와 산소 수준이 증가하는 것을 확인했다. 또한 이동성이 개선되어서 더 먼 거리를 걸을 수 있었고 다리가 더 강해졌다.
 
향후 연구는 수술실에서 지방 조직의 줄기 세포를 분리해서 나노자극제와 혼합한 후에 환자에게 다시 주입하는 것이다. 그러기 위해서는 줄기 세포 채취 및 준비 조건을 최적화하고 줄기 세포를 주입한 후의 장기적인 영향을 연구하는 것이 필요할 것이다. 그러면 말초 동맥 질환과 같이 중대한 장애를 발생시키는 질환을 치료하는데 변형된 줄기 세포가 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

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