이화여자대학교 의과대학(학장: 김경효) 연구진이 세계 최초로 사람의 편도선 조직으로부터 추출한 줄기세포를 이용해 실험동물의 생체 내에 이식하여 부갑상선 조직을 재생시키는 데 성공했다.

이화여자대학교 의과대학 편도줄기세포 연구센터장인 조인호 교수와 박윤신 교수는 ‘매트리젤(Matrigel)과 혼합된 분화 편도줄기세포 이식에 따른 부갑상선 조직 전절제 동물에서의 부갑상선 세포 기능 복원’이라는 제목의 논문을 생체 재료학 분야의 저명한 국제학술지인 ‘바이오머티리얼(Biomaterials, 2014년 피인용 지수 8.557)’ 온라인 판 2015년 7월호에 발표했다.

연구에 따르면 부갑상선 조직이 모두 절제된 실험군 쥐는 혈액 중 부갑상선 호르몬과 칼슘의 결핍으로 모두 1주일 내 사망하는데 반해, 분화된 편도줄기세포를 스캐폴드(Scaffold)인 매트리젤과 혼합한 후 이들 실험군 쥐에게 이식한 결과 부갑상선 호르몬과 칼슘의 양이 거의 정상범위까지 회복되어 3일 이내 60%, 1주일 내에 모두 사망했던 실험군 쥐가 1개월 실험 기간 동안 80%의 생존율을 나타냈다.

우리나라에서만 연 4만건 이상 시행되는 편도선 절제 수술 후 제거되어 폐기되는 편도선 조직으로부터 성체줄기세포를 추출해 부갑상선 호르몬이 분비되는 부갑상선세포로 분화시키는 데 세계 최초로 성공한 것.

이번 연구는 부갑상선기능저하증으로 평생 고용량의 칼슘 제제와 비타민 D를 복용해야 하는 환자들을 위한 새로운 세포 치료제의 개발에 기여할 것으로 기대를 모으고 있으며 성체중간엽줄기세포의 하나인 편도줄기세포가 내분비기관인 부갑상선 조직을 재생할 수 있는 것으로 밝힘으로써 성 호르몬 분비선 조직 등 또 다른 내분비기관의 재생에도 사용될 수 있을 것이라는 가능성을 제시했다는 점에서 연구 의의가 높다.

조인호 이화편도줄기세포 연구센터 센터장은 "이번 연구 성과를 통해 비교적 공급과 생산이 쉬운 편도줄기세포를 다양한 임상 질환에 적용할 수 있게 되었다”면서 "이를 통해 앞으로 성체줄기세포의 연구가 더욱 활성화될 수 있는 기반이 마련됐다는 점에서 학문적 의의가 있다"고 말했다.

한편 조인호 교수팀은 편도줄기세포를 획득하는 방법 및 부갑상선 조직으로의 분화와 관련하여 2개의 국내 특허를 등록한 바 있으며, 이번 연구를 바탕으로 골 형성을 촉진시켜 골다공증을 치료하는 치료제 개발에도 적용하는 연구를 진행하고 있다. 

이번 연구 결과는 미래창조과학부 원천 기술 개발 사업, 바이오 의료 기술 개발 사업(연구 책임자 조인호)과 보건복지부 첨단 의료 기술 개발 사업 (연구 책임자 박윤신)의 지원으로 수행되었다.

부갑상선은 갑상선 뒷쪽에 위치하여 인체의 칼슘 대사에 중요한 역할을 하는 부갑상선 호로몬을 분비하는 작은 내분비기관이다. 부갑상선조직은 우리나라에서 다빈도 수술 중에 하나인 갑상선암 제거 수술 시 불가피하게 제거되거나 갑상선암 방사선 치료 시 그 기능이 소실되는 경우가 많다. 이러한 부갑상선 조직의 피치 못할 제거 및 기능 소실은 부갑상선 기능저하증 외에도 혈액 내 낮은 농도의 칼슘을 나타내는 저칼슘혈증을 유발하며 나아가서는 뼈와 신장 기능에 이상을 일으킨다. 

현재까지 부갑상선기능저하증의 치료는 갑상선암 제거 수술 시 탈락할 것으로 추정되는 부갑상선 조직을 생체 밖에서 잘게 으깨어 근육에 재이식한 후, 매일 고용량의 칼슘 제제와 비타민 D를 평생 동안 복용하는 방법이 사용되었다. 올해 초 부갑상선 호르몬을 매일 주사하는 주사 제제가 미국 FDA에 의해서 칼슘과 비타민 D로 조절이 불가능한 경우에만 사용이 허가되었으나 (Natpara®, NPS Pharmace

uticals, Inc.), 호르몬 제제의 특성상 고비용과 부작용으로 인한 주사 기간의 제한 등 해결해야 할 문제가 산적해 있는 상태로 이번 연구를 통해 세포 치료제 개발이 가능해졌다. 

줄기세포는 크게 배아줄기세포와 성체줄기세포로 나뉘는데 임상에서는 윤리적인 문제로 인해 배아줄기세포 대신 주로 성체줄기세포를 이용해 왔다.

성체줄기세포의 대표적인 공급원으로는 골수줄기세포, 지방줄기세포 등이 있는데 줄기세포 채취 과정에 있어 전신 마취와 외과 수술이 필요하고, 한 명의 공여자로부터 충분히 많은 양을 얻을 수 없는 한계점이 존재하기 때문에 전 세계적으로 새로운 줄기세포의 공급원을 찾고자 하는 연구가 진행되어 왔다.

편도줄기세포는 편도선 수술 후에 버려지는 조직에서 줄기세포를 추출하는 것으로 타 줄기세포와는 달리 공여자의 부가적인 고통이 없으며 한 명의 편도선 조직에서 추출 가능한 줄기세포의 양이 골수 조직에서 2시간 동안 채취하여 나오는 줄기세포의 양과 거의 동일할 정도로 세포 생산성도 매우 높다는 장점을 가지고 있다.

또한 편도줄기세포는 대부분 8세 이하의 어린아이로부터 추출되는 어린 세포이기 때문에 줄기세포의 성질을 유지한 채 고도의 성장이 가능한 줄기 세포원이다. 

보통 성체중간엽줄기세포는 내분비기관 등 내배엽기관으로의 분화에 어려움이 있다고 알려져 있다. 그러나 이번 연구를 통해 성체중간엽줄기세포의 하나인 편도줄기세포가 내분비기관인 부갑상선 조직을 재생하는 것으로 보아 편도줄기세포는 성 호르몬 분비선 조직 등 또 다른 내분비기관의 재생에 사용될 수 있을 것이라는 가능성을 제시했다. 

확립된 분화 편도줄기세포는 인체 조직과 유사하게 외부 칼슘 농도에 따라 부갑상선호르몬의 분비가 조절되었으며, 분비된 부갑상선 호르몬은 현재 시판 중인 합성 부갑상선 호르몬 보다 100배나 뛰어난 골 형성 기능을 나타냈다.

그러나 분화된 편도줄기세포를 단독으로 부갑상선 조직이 전절제된 쥐에 이식하였을 때 부갑상선 호르몬의 양이 복원될 것이라는 기대와는 달리 어떠한 장점도 관찰되지 않았다. 향후 수 십 차례 실패를 거듭한 끝에 생체 내에서의 부갑상선 기능의 복원에는 분화 편도줄기세포를 반드시 스캐폴드(Scaffold)와 혼합한 상태로 이식해야만 한다는 사실을 발견했다.

스캐폴드는 생체 분해형 소재로 만든 바이오 인공지지체다. 스캐폴드는 줄기세포 등을 특정한 형태로 배양하는 일종의 거푸집으로 스캐폴드에 줄기세포를 넣은 뒤 인체의 손상된 장기나 골격에 넣으면 그 부위에 맞는 체세포를 생성토록 하는 것이다.