줄기세포의 개념이 확립된 이후 다양하고 유사한 내용의 줄기세포에 대한 정의가 사용되어지고 있다. 이 중 가장 공통적인 설명으로 다양한 조직 세포로 분화될 수 있는 만능세포로 체내 다양한 곳에서 채취할 수 있는 근본적인 세포치료제로 정의되어 왔다. 기본의 치료방법들에 비해 부작용이 적고 치료효율이 높은건 사실이지만 많은 연구가 수행되어 지고 있음에도 불구하고 줄기세포치료제의 임상적용은 상당히 제한적이며, 다양한 줄기세포 추출 소스가 많음에도 그 사용 또한 제한적이다. 결국은 대부분의 세포치료제들이 그러하듯 줄기세포 또한 투여된 부위에서의 환경에 적응하고 살아 남았을 때 줄기세포의 치료효능이 나타나지만 기본적인 생존능의 저하와 그에 따른 불충분한 치료효능에 의해 세포치료제로서의 단점을 먼저 극복해야 한다는 간단한 결론에 도달하지만 그 문제점을 해결하는 것은 쉽지 않다.
이를 위한 방안으로, 줄기세포기반 세포치료제의 연구에 있어 특정 조직으로의 분화 효율 향상 및 분화물질 발굴과 줄기세포의 생존능 향상, 이는 곧 높은 증식을 유도하여 치료효능을 증가시키는 연구 등의 전략이 있으나 이 둘을 연결시켜 향상된 줄기세포치료제를 개발하는 일은 새로운 융합연구를 통해서 실현이 가능하다. 융합연구를 위한 물질로는 생체적합성이 뛰어난 생체재료를 사용할 수 있다. 재료과학 및 공학에 있어 최근 발전방향 중 하나는 줄기세포치료의 임상적용에 장애로 작용하는 단점들을 어떻게 극복할 수 있게 제작되어지느냐이다. 이는 합성고분자 및 천연고분자, 생체고분자 등의 물질들이 개발되어 개념 확립 및 적용 단계어서 줄기세포와 병합 사용되어 줄기세포의 단점 극복은 물론 세포의 증식, 분화, 3D 환경 조성 등을 위해 사용되어 지고 있다¹. 많은 신규 생체재료물질들이 제작되어 뼈 및 연골 재생 등에 줄기세포와 함께 사용되어 지고 있으며, 실질적으로 임상에 적용된 줄기세포기반 융합치료제들이 보고되어 있기에 이를 소개하고자 한다.

1. 인간 뼈 결손 치료를 위한 ultraporous β-tricalcium phosphate Scaffold에 함유된 자가 중간엽줄기세포의 사용²

조직공학적 골조직 재생에 있어서의 생체재료는 주로 생체친화성 및 적합성이 뛰어난 우수한 재료의 사용을 가장 중요시 하고 있으며, 대표적으로 치아에 이식가능한 생체재료로 생체활성을 갖는 β-tricalcium phosphate (β-TCP) 바이오세라믹스가 많이 사용되어지고 있다. 이 재료를 이용한 자가 중간엽줄기세포가 함유된 scaffold를 제작하고 대조군인 β-TCP 그룹을 인공관절 재치환을 위해 삽입하였다. 그 결과, 6주, 3-6-12달에 걸쳐 Harris Hip score, rediograpy, DEXA 스캐닝 등으로 그 치료효능을 평가한 결과 중간엽주릭세포가 함유된 scaffold 그룹에서 월등히 향상된 뼈 재생능을 보였다. 이는 뼈 형성을 위한 β-TCP scaffold 생체재료 사용으로 인해 자가 중간엽줄기세포의 치료효능을 높인 쉽고 안전하고 효과적인 치료법이 될 것이라고 언급하였다.

2. Non-ST-segment elevation acute coronary syndromes을 가진 환자의 혈관내피전구세포 포획가능 스텐트에서의 순환성 혈관내피전구세포의 효능³

심혈관 질환 및 각종 혈관질환의 주요 치료요법 중 하나는 바로 스텐트를 사용하여 ischemia가 유도된 부위를 치료하는 것인데 치료 후 재협착 및 신생내막 형성 등으로 인해 그 효과의 기간이 짧은 것이 단점이다. 이를 해결하기 위한 방안 중 줄기세포의 능력을 가지고 있는 혈중 혈관내피전구세포를 이용하여 혈관재생을 유도하는 것이다. 이를 위해 GenousT을 이용한 기능성 스텐트를 제작하고 이를 활용하여 혈중 순환하는 혈관내피전구세포를 포획하여 재협착 방지를 억제하는 것이다. 이를 위해, 30명의 기능성 스텐트 삽입 환자와 대조군으로 기능이 없는 일반 스텐트를 삽입할 환자 30명을 대상으로 임상시험을 수행한 결과, 혈관내피전구세포 포획 스텐트를 삽입한 환자에서 재협착이 억제되는 것을 확인하였고 이때 혈관내피전구세포의 숫자가 줄어들 있는 것을 확인할 수 있었다.

3. 두개-안면악골 손상 재건을 위한 지방유래줄기세포 함유 resobbable scaffold의 효과⁴

두개 경부와 두개안면 문제는 선천전 유전질환에 의해 나타나는 결과이다. 이를 위한 치료법으로 자가 뼈의 사용을 표준치료방법으로 사용되어지고 있다. 하지만, 이식을 위한 뼈의 수확은 불필요한 2차 수술 부위로 여전히 이식할 뼈의 수확은 또 다른 문제가 되고 있다. 새로운 치료법으로 조직공학을 이용하여 뼈 형성을 우도하는 scaffold나 뼈 성장 유도인자를 사용하여 뼈 전구세포의 분화를 유도하거나 줄기세포를 사용하여 이를 대체하는 것이다. 본 연구에서는 β-TCP scaffold를 이용하여 지방유래줄기세포의 함유 및 뼈분화 유도와 뼈 형성유도인자인 BMP-2를 같이 함유시켜 질환 부위에서의 재생을 유도하였다. 13건의 각기 다른 두 개 및 안면부 결손을 가진 환자들을 대상으로 시행한 결과 완치까지는 아니지만 긍정적인 결과들이 13건 중 10건에서 관찰되었다. 이는 줄기세포 단연의 효과보다는 보조인자들로써 줄기세포의 안정과 분화 유도인자의 사용에 의한 뼈 재생의 효율적인 방안이라고 보고하였다.

결 론

줄기세포를 활용한 다양한 질환에 대한 세포치료제로서 혹은 치료보조제로서의 가치는 이미 충분히 많은 연구들을 통해 입증되어져 있다. 게다가 재생의학과 조직공학 분야로의 영역확대는 여전히 줄기세포 기반 세포치료제로서의 가능성이 남아있음을 시사한다. 하지만, 줄기세포는 세포이고 세포를 질환에 적용하기 위해서는 세포치료제가 갖는 단점을 극복해야만 하고 그 새로운 출발이 바로 융합이다. 생체적합성을 높인 생체재료와의 융합은 서로의 단점을 극복하고 더 향상된 치료제를 개발할 수 있는 여지를 남겨놓은, 더 많은 연구가 필요하다는 것을 시사한다. 비록 임상으로의 적용은 보다 더 험난한 여정과 극복해야 할 많은 문제점들이 산재해 있어 쉽게 넘어갈 수 없는 장애라는 것을 누가나 알고 있지만, 새로운 분야와의 융합을 통한 신규 치료제들이 개발되고 있다는 것은 언젠가 그 장애를 극복할 수 있는 실마리가 풀릴 수 있을 것이라는 희망을 낳게 한다. 생체재료를 활용한 보다 다양한 연구 및 기능검증은 줄기세포의 단점 극복을 통한 미래지향적 융합치료제의 생리학적으로 연관된 조작된 조직 및 기관들의 발전과 줄기세포 운명 결정의 향상을 추진할 수 있는 성공적인 방안이 될 것이다.

참고문헌

1. Seale NM, Varghese S, et al., Biomaterials for pluripotent stem cell engineering: From fate determination to vascularization, Journal of Materials Chemistry B (2016) 4(20): 3454–3463

2. Šponer P, Filip S, et al., Kučera T, Utilizing Autologous Multipotent Mesenchymal Stromal Cells and β-Tricalcium Phosphate Scaffold in Human Bone Defects: A Prospective, Controlled Feasibility Trial, Biomed Research International (2016) 2016;2016:2076061

3. Wojakowski W1, Pyrlik A, Circulating endothelial progenitor cells are inversely correlated with in-stent restenosis in patients with non-ST-segment elevation acute coronary syndromes treated with EPC-capture stents (JACK-EPC trial), MINERVA CARDIOANGIOLOGICA (2013) 61(3):301-11

4. Sándor GK1, Numminen J, et al., Adipose stem cells used to reconstruct 13 cases with cranio-maxillofacial hard-tissue defects, Stem Cells Translational Medicine (2014) 3(4):530-40

5. Cheng NC, Chang HH, Tu YK, Young TH, Efficient transfer of human adipose-derived stem cells by chitosan/gelatin blend films, Journal of Biomedical Materials Research B, Applied Biomaterials (2012) 100(5):1369-77