의과학 융복합 기술로 ‘생체 모방 바이오 인공 간’ 개발

최동호 교수팀, 바이오 인공 간으로 간 손상에 대한 치료효과 규명

생체재료 및 조직공학 분야 세계적 학술지 『Biomaterials』 5월호 온라인판 게재

최동호 교수 인체에서 가장 크고 복잡한 장기이며, 50가지 이상 많은 생체 기능을 갖고 있는 간의 생체 구조를 모방해 생체 기능 유사도가 높은 ‘생체 모방 바이오 인공 간’이 개발됐다.

이번 연구는 한양대학교병원 외과 최동호 교수 연구팀(1저자 김요한 박사, 정재민 연구교수)이 부산대학교 박석희 교수팀, 원자력병원 이승범 박사와 공동연구를 진행하여, 지난 5월 18일 생체재료 및 조직공학 분야 세계적 학술지인 『Biomaterials, 인용지수=10.317』 온라인판에 ‘환자 맞춤 간 전구∙줄기세포를 이용한 인공 간의 간 손상에 대한 재생 치료 증진 효과 확인(Hepatic patch by stacking patient-specific liver progenitor cell sheets formed on multiscale electrospun fibers promotes regenerative therapy for liver injury)’이라는 논문으로 게재됐다.

현재 한국에서 급성 간부전, 간경변 및 간암 등 간과 연관된 질병의 사망률은 매우 높으며, 특히 40대 성인 남성의 경우 사망률이 가장 높은 질병이다. 하지만 간질환의 근본적인 치료방법은 간 이식 밖에 없는 실정이지만, 공여자의 부족과 면역 거부반응 등의 제약이 존재한다.

국내외에서 간 이식의 대체 방법으로 바이오 인공 간 제작 연구가 활발히 진행 중에 있으나, 현재까지 1세대 바이오 인공 간의 세포공급원으로는 돼지의 일차 간세포나 인간 간암세포가 사용되고 있으며, 이러한 세포공급원은 바이오 인공 간에서 빠르게 변형되며 간 기능을 잃는다. 또한 간은 조직학적 특징상 간세포와 혈관내피세포 등이 일렬로 쌓여있는 구조로 이루어져 있어, 간의 구조적 특징을 모방하는 연구는 현재까지 개발을 못하고 있다.

이번 연구에서 최동호 교수 연구팀은 환자의 간 조직에서 간세포를 추출, 체외에서 증식이 가능한 간 전구∙줄기세포를 제작한 후 공동연구팀인 부산대 박석희 교수 연구팀이 제작한 전기 방사 섬유 패치에 배양해 ‘생체 모방 바이오 인공 간 제작’ 연구를 진행해왔다.

그 결과, 제작한 생체 모방 바이오 인공 간의 기능이 기존 2차원 배양 방법에 비해 10배 이상 증가됐으며, 생체 내 간세포와 비슷한 특징을 보이는 것을 확인했다. 또한, 간 손상 동물 모델에 이식했을 때, 생존율이 200% 이상 크게 개선되는 독보적인 결과를 얻었다. 이는 향후 간이식의 유망한 대체 방법으로 이어질 수 있을 것으로 기대된다.

최동호 교수는 “이번 연구결과를 바탕으로 향후 실제 임상적으로 간 이식을 대체할 수 있는 인공 간 개발이 가능해져 간이식의 유망한 대체 방법으로 이어질 수 있을 것”이라고 말했다. 김요한 박사는 “저분자 화합물 유래 간 전구∙줄기세포를 통해 환자 맞춤형 인공 간 개발을 할 수 있으며, 이를 통해 공여자 부족 및 이식 거부 반응의 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 소감을 밝혔으며, 정재민 연구교수는 “의학과 공학의 융복합 기술을 통해 생체와 구조적 및 기능적 특징을 모사할 수 있었으며, 향후 인공 간 개발의 초석이 될 것이다”라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 선도연구센터지원사업 ‘기초의과학분야(MRC)’와 ‘기본연구’ 및 한양대학교 대학연구활동지원사업 ‘박사후연구원 지원사업’의 지원을 받아 진행됐다.

한편, 최 교수팀은 2019년 1월 연구에서 저분자 화합물을 이용한 간 전구·줄기세포를 제작하는데 성공하여 간장학 분야 최고 권위지 (Journal of Hepatology, 인용지수: 20.582)에 발표한 바 있으며, 이를 통해 유전자치료 방법과 융합하여 유전자 세포치료제 개발에 성공하여 2021년 5월 줄기세포분야 최고 권위지 (Cell Stem Cell, 인용지수: 20.860)에 발표한 바 있다.

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최동호 교수팀, 바이오 인공 간으로 간 손상에 대한 치료효과 규명

생체재료 및 조직공학 분야 세계적 학술지 『Biomaterials』 5월호 온라인판 게재