September 25,2017

유전자 주입 줄기세포 치료로 뼈 재건

불편한 골 이식술 대체할 혁신 기술

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유전자와 줄기세포를 이용한 혁신적인 치료법으로 심하게 손상된 실험동물의 뼈 조직을 재건하는데 성공했다.

초음파와 줄기세포 및 유전자 치료를 결합한 이 새 치료법이 사람에게도 안전하고 효과적으로 판명되면 현재 쓰이는 뼈 조직 이식술을 대체할 수 있을 것으로 전망된다.

새 치료법을 발표한 미국 시더스-사이나이(Cedars-Sinai) 의료원 댄 개지트(Dan Gazit) 교수(시더스 사이나이 재생의학 연구소 공동 소장)는 “우리는 정형외과 혁명의 시작점에 서 있다”며, “공학적 접근법과 생물학적 접근법을 결합해 미래의 의학이라고 생각되는 재생 공학 발전에 힘을 쏟고 있다”고 말했다.

개지트 교수가 공동 시니어 저자로 참여한 이번 연구는 ‘과학 중개 의학’(Science Translational Medicine) 최근호에 실렸다.

시더스-사이나이 연구팀이 개발한 뼈-조직 공학기법을 나타낸 그림. ‘Endogenous MSCs’는 환자의 뼈에서 나오는 줄기세포를 지칭하며, ‘BMP gene’는 뼈 수복을 증진하는 유전자다.   Credit: Gazit Group/Cedars-Sinai

시더스-사이나이 연구팀이 개발한 뼈-조직 공학기법을 나타낸 그림. ‘Endogenous MSCs’는 환자의 뼈에서 나오는 줄기세포를 지칭하며, ‘BMP gene’는 뼈 수복을 증진하는 유전자다. Credit: Gazit Group/Cedars-Sinai

골 이식술 대체할 혁신 기술”

현재 뼈 이식술은 교통사고와 전쟁, 종양 제거 등으로 인한 심각한 뼈 손상을 치료하기 위해 전세계적으로 해마다 200만회 이상 실시되고 있다. 이런 종류의 뼈 손상은 뼈의 끝과 끝을 제대로 연결하기가 어려울 만큼 손상 부위가 너무 커 뼈 중간에 큰 공간이 생기게 된다. 이를 치료하려면 환자 자신이나 다른 공여자로부터 얻은 이식편을 손상 부위에 삽입해야 한다.

개지트 교수는 “안타깝게도 골 이식술에는 단점이 있어 환자들의 크나큰 요구를 충족시키지 못하고 있다”고 말했다.

한 가지 문제는 이식을 위해 건강한 뼈가 항상 준비돼 있지는 않다는 것이다. 흔히 환자의 골반에서 뼈 조각을 잘라내 문제 부위에 이식하는데, 이 경우 통증이 오래 가고 수술비도 비싸며, 장기 입원을 해야 하는 어려움이 존재한다. 더욱이 기증자로부터 받은 이식편이 환자의 뼈에 제대로 통합되거나 자라지 않아 이식 수술이 실패할 수도 있다.

시술 8주 후 손상 부위 회복

이에 비해 이번에 개발된 새로운 기술은 뼈 이식에 대한 많은 대안을 제공할 수 있다.

이번 실험에서 연구진은 신체가 뼈를 만들기 위해 사용하는 단백질인 콜라겐으로 조성된 모체(매트릭스)를 만들어 실험동물의 다리 뼈 손상 부위 공간에 이식했다. 이 매트릭스는 2주간에 걸쳐 다리 자체에 있는 줄기세포를 손상 부위로 모아들였다.

연구팀은 이어 뼈 복구작업을 위해 세포에 유전자 삽입을 촉진하는 초음파 펄스와 미세 기포를 사용해 골-유도 유전자를 줄기세포에 직접 주입했다.

새 치료술을 시행한 지 8주가 지나자 손상된 뼈 공간이 메워지고 이 치료를 받은 모든 실험동물의 다리 골절이 치유되었다. 논문의 시니어 공저자인 가디 펠드(Gadi Pelled) 외과 조교수는 실험동물의 손상된 뼈 공간에서 자란 새 뼈는 기존의 이식편 수술을 통해 생성된 뼈 만큼 강한 것으로 나타났다고 밝혔다.

유전자가 삽입된 줄기세포가 자라나 손상된 뼈 부위를 수복한다.  Credit: Gazit Group/Cedars-Sinai

유전자가 삽입된 줄기세포가 자라나 손상된 뼈 부위를 수복한다. Credit: Gazit Group/Cedars-Sinai

정형외과 난제 극복”

펠드 교수는 “이번 연구는 초음파를 매개로 동물 자체의 줄기세포에 유전자를 전달해 회복되지 않는 뼈 손상을 효과적으로 치료할 수 있다는 것을 입증한 최초의 사례”라며, “정형외과적으로 요구되는 주요 문제를 해결하고 실제 환자 치료에 적용할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다”고 말했다.

이 연구에는 시더스-사이나이의 6개 부서와 예루살렘 히브리대, 뉴욕 로체스터대, 캘리포니아 데이비스 주립대 연구원이 공동 참여했다.

브루스 게워츠(Bruce Gewertz) 시더스-사이나이 외과 주임교수는 “이번 프로젝트는 다양한 분야의 과학자들이 힘을 합쳐 오늘의 의학 과제에 대한 해결책을 찾고 내일의 환자를 위한 치료법을 개발하는 방식을 보여주었다”고 평가했다.

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