김봉수기자
말기 간 질환은 전 세계적으로 유병률이 매우 높은 질환이다. 간 이식이 궁극적인 연명 치료법이다. 전 세계적으로 간 이식에 사용되는 기증 장기는 매우 부족한 실정이다. 국내 연구진이 부작용이 적고 성능이 뛰어난 인공 간을 개발했다.
서울대는 강경선 수의학과 교수 연구팀이 펩타이드 결합을 통해 나노 산화 그래핀을 생체 탈세포 스캐폴드에 가교결합 시킴으로써, 기계적 물성이 크게 강화된 인공 간 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.
인체 내부 장기인 간 이미지.
인공 간은 기증 장기가 부족한 현실에서 대안으로 제시되고 있다. 하지만 간은 고도로 정교한 조직학적 미세구조와 생화학적 특성을 가지고 있어 재건 시 어려움이 있다. 이 같은 한계를 극복할 차세대 기술로 동물의 장기에서 세포를 모두 제거한 탈세포 스캐폴드에 사람의 세포를 다시 주입하는 재세포화 기술이 주목받고 있다. 스캐폴드 내 기존 장기의 미세구조와 생화학적 특성을 최대한 보존할 수 있기 때문이다. 하지만 탈세포 스캐폴드를 생체 내에 이식 시 약한 물성으로 인해 쉽게 생분해되고, 분해된 물질들이 염증 반응을 유발한다는 한계가 있다.
연구팀은 나노 산화 그래핀이 스캐폴드를 분해하는 체내 효소인 매트릭스 메탈로프로테이나제 (MMP)의 활성을 직접적으로 억제하고 스캐폴드의 기계적 물성을 강화시킴으로서 효소 분해에 대한 높은 내성을 보임을 밝혀냈다. 또 나노 산화 그래핀이 가교된 스캐폴드 내에서 침윤된 면역세포의 프로필을 관찰했을 때, M2로의 대식세포 분극화가 촉진되고 M1으로의 분극화가 억제됨으로써 이식 후 발생되는 거부 반응 및 염증을 완화할 수 있음을 발견했다. 특히 M2 대식세포의 아형 중 특히 M2c 대식세포에 의해 발현되는 MMP의 활성을 그래핀이 추가적으로 억제함으로써 스캐폴드를 생체 내 분해로부터 보호할 수 있음을 규명했다.
나노 산화 그래핀이 가교 된 스캐폴드로 제작된 생체 모사 인공 간은 실제 생체 간과 유사한 조직학적 구조 및 기능을 가짐을 확인했다. 이를 급성 간부전 및 만성 간부전이 유발된 마우스 모델에 각각 이식 시 손상된 간을 효과적으로 재생하여 간 기능을 회복시키는데 성공했다.
연구팀은 "이번 연구성과는 나노 산화 그래핀 가교를 통해 기존 생체 스캐폴드의 한계를 극복하고 인공 간의 이식 거부 반응 억제 및 재생능을 극대화한 차세대 조직공학 기술을 개발한 데 의의가 있다"면서 "향후 기증 장기에 대한 대안을 제공하는 다양한 생체 모사 인공 장기를 개발하여, 환자의 생명을 연장하는데 핵심 기술로 활용될 전망"이라고 설명했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications) (IF=17.694)'에 지난 13일 온라인 게재됐다.