생체모방형, 온도감응성 하이드로겔을 이용한 세포시트 제조 및 재생의학적 응용

Abstract

조직공학은 손상된 인체 내 조직과 장기를 본래의 기능이나 형상을 재건하여 재생하는 기술이며, 인공 세포나 조직 이식 방법에 의한 치료는 재생의학에서 중요한 역할을 하고 있다. 이중 많은 연구가 세포를 이용한 치료법인 세포주입 방법이나 생체 적합성 지지체를 이용하여 손상된 조직에 주사하거나, 이식하는 방법이 널리 사용되어 오고 있으나, 이식 후 낮은 이식 부위의 고정 효율, 세포 주입 시 세포유출에 의한 세포손실과 같은 문제점이 해결 되어야 할 것이다. 이런 한계점을 보완할 수 있는 연구가 바로 세포시트 공학이며, 제작된 세포시트는 우리 몸의 세포 외 기질 (ECM)과 같은 3차원적 입체 구조를 형성 할 수 있으며, 세포/세포간 상호작용을 통해 임상으로서의 치료 효과를 보인 바 있다. 기존 연구에서는 온도 감응성 고분자인 Poly(N-isopropylacrylamide)을 공유 결합시킨 배양접시를 이용하여 획득한 세포시트를 통한 많은 연구가 진행이 되어 왔지만. 공정상의 복잡성과 세포시트 회수를 위해 필요한 시간이 비교적 많은 한계를 가지고 있기에, 본 연구에서는 온도 감응성을 가지며 생체분자의 도입이 손쉬운 다기능성 고분자인 tetronic®-tyramine을 이용한 세포시트의 제조 및 재생의학적 응용에 대하여 서술 하였다. 먼저 tetronic®-tyramine 와 세포 의 부착을 조절 할 수 있는 생체분자를 효소 중합법을 이용하여 생체모방형 하이드로겔을 제작하였으며, 골격근, 평활근, 혈관내피 세포 및 줄기세포를 이용하여 제작된 하이드로겔과 세포와의 상호작용을 통하여, 원하고자 하는 타깃 조직과 물리화학적으로 환경이 유사한 세포시트를 하이드로겔 위에서 제작 가능하다는 것을 증명하였다. 트랜스퍼 프린팅 기술을 이용하여 제작된 tetronic®-tyramine 기반의 하이드로겔의 온도감응성에 따른 물성 변화에 따라 세포시트를 획득하였고, 다양한 분자생물학적 방법을 통하여 본 연구를 통해 개발된 생체모방형 온도감응성 하이드로겔을 이용한 세포시트는 짧은 시간 (10 ~ 15 분) 이내 원하고자 하는 타깃 부위 및 조직에 높은 고정 효율과 생존율을 유지된 채로 이식이 된다는 것을 확인 하였다. 또한 각각의 세포로만 이루어진 단일 세포층 및 공배양 조건을 통한 다중 세포층 역시도 제작 가능하다는 것을 관찰 하였다. 생체외 실험이 아닌 동물 질병 모델을 통한 전임상 연구 결과를 통해 비교적 적은 수의 세포수로 구성된 세포시트임에도 불구하고, 조직 내 섬유증 감소 및 혈관 형성이 효과적으로 유도가 되는 것을 관찰하였다. 이들 결과를 종합하여 볼 때, 개발된 조직 특이적 생체 모방성을 가지며, 온도 감응성 특성을 가진 tetronic®-tyramine 기반의 하이드로겔은 도입된 펩타이드나 단백질과 같은 생체 분자의 조성에 따라 조직과 유사한 물리화학적 특성을 조절 가능하며, 트랜스퍼 프린팅 기술을 통해 빠른 시간 동안 세포의 손상 없이 이식된 세포시트는 새로운 환경에서 세포 활동을 계속해서 유지 및 손상된 조직 치료 효과를 보여주는 세포치료제로서의 잠재적 역량을 관찰 하였으며, 이는 조직공학 및 의료연구 분야에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 예상된다.