Non-degradible cell encapsulation of pancreatic islets with alginate-EGCG conjugation

Abstract

알지네이트 미세캡슐화를 통한 췌도세포 이식은 1형 당뇨를 근본적으로 치료할 수 있는 효과적인 방법이다. 하지만 이식 시 Ca2+ 유출에 의한 알지네이트 구조의 점진적 붕괴는 면역 반응 제어 기능의 상실, 인수공통감염병의 위험성 증가 등의 문제를 초래하므로 미세캡슐화 기반 세포치료제의 상용화를 어렵게 한다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 녹차추출물인 EGCG를 사용하였다. EGCG는 산화 반응을 통해 다른 EGCG와 강력한 삼중 공유결합을 형성할 수 있다. 이러한 EGCG를 알지네이트에 접합시켜 알지네이트-EGCG 물질을 개발하고 이를 통해 미세캡슐화를 진행함으로써 Ca2+ 매개 가교 외 추가적인 가교를 진행하는 미세캡슐을 개발하고자 했다. 또한 이를 통해 EGCG가 가지는 항산화능, 항증식능과 같은 기능성을 미세캡슐에 부여할 수 있을 것으로 예상했다. 그러나 합성된 알지네이트-EGCG를 통해 미세캡슐 개발하는 과정에서, EGCG의 Ca2+ 킬레이트 작용에 의해 미세캡슐의 구조 형성이 억제됨을 확인했다. 또한 EGCG의 사용량을 감소시켜 Ca2+ 킬레이트 작용을 최소화할 시엔 EGCG에 의한 구조 안정성 개선의 효과가 나타나지 않는 것을 확인했다. 이에 따라 알지네이트와 EGCG 간의 접합 반응을 적용시킨 EGCG 기반 표면 개질 미세캡슐을 개발했다. 개발된 표면 개질 미세캡슐은 외곽에 EGCG 들 간의 공유결합에 의해 형성되는 안정한 EGCG 층이 형성되어 안정성과 물리적 성질 측면에서 기존의 알지네이트 미세캡슐에 비해 개선되었음을 확인했다. 이후, 내부 췌도 세포의 생존도 및 미세캡슐의 구조안정성을 평가하여 표면 개질 시 가장 적절한 EGCG 사용량을 확인했다. 해당 조건에서 Ca2+ 킬레이트 작용에 대한 저항성 및 안정한 EGCG 층 형성을 확인할 수 있었으며 세포 생존도 역시 EGGC에 의한 간섭현상을 고려할 때 적합한 수준이라 판단했다. 마지막으로 당뇨 동물 모델에 대한 이식 실험을 통해 표면 개질 미세캡슐을 통해 제조한 세포치료제의 효능과 지속 기간, 그리고 체내에서의 구조안정성을 평가했다. 표면 개질 미세캡슐 그룹의 경우 알지네이트 미세캡슐 그룹에 비해 치료 지속시간이 다소 짧게 나타났는데, 이는 표면 개질 과정에서 발생하는 소량의 세포 독성에 의한 것으로 분석되었다. 그러나 혈당 강하 정도에서는 그 차이가 나타나지 않았으며, 미세캡슐의 구조안정성 측면에서는 크게 개선된 것을 확인했다. 모든 결과를 종합하여 볼 때, 표면 개질 미세캡슐을 통한 미세캡슐화는 기존 알지네이트 미세캡슐화 기술의 구조안정성 문제를 개선할 수 있는 효과적인 방법이다. 세밀한 최적화를 통해 더 개선된 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 이러한 표면 개질 방식이 췌도 세포 피막화 뿐만 아니라 다른 장기 및 세포의 이식 시에 역시 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대한다.