차의과대 분당차병원(원장 윤상욱) 신경외과 한인보 교수[사진]와 미국 럿거스대 이기범 교수 공동연구팀이 외상성 뇌손상(TBI)의 근본적 치료를 위한 새로운 플랫폼을 개발했다. 

연구팀은 저산소 환경에서 확보한 줄기세포 유래 세포외소포체에 생체적합 하이드로젤을 결합, 손상된 뇌 부위에 지속적으로 전달하는 치료 전략을 제시했다.

외상성 뇌손상은 초기 손상 이후 치료를 해도 신경염증 및 혈관 기능 이상, 신경세포와 지지세포 손실 등 2차 손상이 계속 진행되는 특징이 있다.

이는 정상조직 세포까지 영향을 미쳐 회복을 더욱 어렵게 하는 주요인으로 꼽히며 결과적으로 운동·기억·인지 기능 저하로 이어진다. 

수술이나 약물치료는 출혈, 부종, 염증을 완화해줄 수 있지만 손상된 신경 자체를 재생시키는 근본 치료는 거의 불가능했다.

연구팀은 우선 인간 유도만능줄기세포로부터 분화된 신경전구세포(NPC)를 저산소 유도제로 처리해 손상된 뇌와 유사한 저산소 환경을 만들었다. 이를 통해 신경재생 및 혈관 신생에 중요한 단백질(VEGF)과 마이크로RNA가 풍부한 세포외소포체를 생산했다. 

최근 줄기세포 연구에서 각광받고 있는 세포외소포체는 손상 조직 회복, 염증 조절에 뛰어난 효과가 있다고 알려졌다. 하지만 세포외소포체를 단독으로 사용할 경우 전달 효율이 낮고 체내 유지 시간이 짧으며 활성도 역시 충분치 않다는 한계가 있었다. 

이 한계를 극복하기 위해 연구팀은 세포외소포체에 젤라틴 기반 생체적합 하이드로젤을 탑재해 손상된 뇌 부위에 주입했다.

하이드로젤은 뇌 조직과 유사한 탄성을 지니며, 손상 부위에 밀착돼 세포외소포체를 서서히 방출함으로써 손상된 부위에 오랜 시간 지속적으로 치료 신호가 전달되도록 돕는다

외상성 뇌손상 모델에서 하이드로젤-세포외소포체 복합체를 주입한 결과, 손상된 뇌 조직 병변 크기가 40% 이상 감소하고, 신경세포 재생과 축삭(신경 연결부) 재형성, 혈관 재생 및 염증 억제, 운동 및 인지 기능의 회복이 확인됐다.

한인보 교수는 “이번 연구는 외상성 뇌손상 치료 핵심 문제인 2차 염증반응과 신경회복 실패를 동시에 해결할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다”면서 “기존 세포치료가 가진 면역학적 한계를 극복하고 비세포 기반 나노 생체치료제 개발 기반이 될 것이며 향후 척수손상 및 허혈성 뇌질환 등 다양한 신경계 질환 치료로 확장될 수 있다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 및 범부처재생의료기술개발사업 지원을 받아 진행됐으며 결과는 재생의학 분야 국제학술지 ‘Advanced Science’에 최근 게재됐다.