서울대병원 소아흉부외과 임홍국 교수 연구팀(의생명연구원 김소영 연구교수, 소아청소년과 김기범 교수)이 심장 수술에 사용되는 동물 유래 판막의 고질적 문제인 면역 거부반응과 석회화 위험을 대폭 낮추고, 단 한 종류의 줄기세포만으로 판막을 살아있는 조직처럼 되살리는 ‘재세포화’ 기술 개발에 세계 최초로 성공했다.

이번 연구 결과는 27일 발표되었으며, 그동안 반복적인 판막 교체 수술이 불가피했던 선천성 심장질환 환자들에게 새로운 치료적 대안을 제시할 것으로 기대된다.

현재 심장 수술에서는 돼지나 소의 심낭 및 판막 조직이 이식재로 넓게 쓰이고 있으나, 이들 조직에 남아있는 이종항원이 면역 거부반응을 유발하고 칼슘이 쌓여 판막이 딱딱해지는 석회화를 일으켜 이식 실패의 주원인으로 지적되어 왔다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 돼지 심낭 조직을 탈세포화한 뒤 두 가지 효소(α-갈락토시다아제, PNGase-F)를 복합 처리하여 주요 이종항원(α-Gal, Neu5Gc)을 완전히 제거했다. 이어 세포 부착률을 높이는 특수 물질 표면 코팅을 거쳐 사람 지방유래 줄기세포(hADSC)를 주입해 8주간 배양하며 체외 재세포화 경과를 관찰했다. 또한 글루타르알데하이드(GA) 고정 및 항석회화 처리를 거친 이식편에는 쥐 골수유래 줄기세포(BM-MSC)를 심어 소동물 피하에 이식한 후 생체 내 재세포화와 석회 침착도를 평가했다.

연구 결과, 효소 처리를 거친 후에도 판막의 미세 구조는 안정적으로 유지됐다. 주입된 줄기세포는 28일째 조직 기질 깊숙이 침투하였으며, 56일째에는 표면과 내부 전체에 세포가 고르게 분포하여 시일이 지남에 따라 조직 재형성이 활발히 일어남을 확인했다. 재세포화 관련 주요 단백질(Vimentin, Fibronectin, Calponin, CD31, vWF 등)의 발현 역시 유의하게 증가해 줄기세포가 단순 부착을 넘어 실제 판막 구성 세포로 분화되었음이 입증됐다.

동물 실험에서도 우수한 안전성과 유효성이 확인됐다. 항석회화 처리 후 재세포화된 이식편은 비재세포화 대조군 대비 비멘틴(Vimentin) 발현이 한층 강하게 나타났으며, 석회화 수치는 유의미하게 낮게 측정되어 면역 억제와 anti-calcification(항석회화) 효과가 동시에 구현됐다.

임홍국 교수는 “이번 연구는 면역학적 장벽 제거, 세포 정착, 조직 재형성, 석회화 억제를 하나의 플랫폼으로 통합했다는 점에서 커다란 학술적·임상적 의미가 있다”라며 “향후 본 기술을 실제 선천성 심장질환 환자 치료 현장으로 연결할 수 있도록 임상 상용화 연구에 박차를 가하겠다”고 밝혔다.

이건희 소아암·희귀질환 극복사업 재원으로 수행된 이번 연구는 생물의학 공학 분야 국제 학술지 '바이오엔지니어링(Bioengineering)' 온라인판에 최근 게재됐다.

한편, 연구팀이 자체 개발한 항석회화 프로토콜 기반의 폐동맥 스텐트 판막 ‘PULSTA™’는 이미 1,000명 이상의 환자에게 성공적으로 이식된 바 있으며, 최근 유럽 의료기기 규제인 CE MDR Class III 인증을 획득하여 글로벌 시장 진출 및 적용을 본격화하고 있다.