줄기세포로부터 인슐린생성세포의 분화기능 향상을 위한 3차원 스페로이드 분화방법 개발
서울아산병원 의공학연구소 심인경 교수 및 김송철 교수 연구팀은 당뇨병 치료를 위한 인슐린 생성세포의 분화를 향상을 위한 3차원 스페로이드 분화방법을 개발하였다. 또한 세포내 cytoskeletal change가 분화에 중요한 역할을 하고 있음을 밝혀서 다양한 줄기세포의 분화에 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
췌장 및 췌장도세포 (Pancreatic islet) 이식은 인슐린 의존성 당뇨환자의 근본적인 치료 방법이 될 수 있다. 특히 췌장도세포는 췌장에서 인슐린을 분비하는 도세포만을 분리하여 혈관을 통하여 비침습적 이식이 가능하여 장기 이식의 부작용을 줄일 수 있는 이상적인 치료법으로 알려져있다. 하지만 췌장도세포의 공급원 부족은 임상에서 표준 치료법으로 사용하는 데 있어서 가장 큰 장애물이 되고 있다.
전세계적으로 췌장도세포의 공급원을 개발하기 위하여 줄기세포부터 인슐린 생성세포로의 분화 및 이식에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 췌장도세포는 수백에서 수천개의 세포가 모여서 3차구조의 클러스터를 이루고 있다. 이러한 세포 스페로이드 구조는 인슐린의 분비 및 생리활성에 매우 중요함이 알려져 있다.
본 연구는 이러한 췌장도세포 모방구조를 형성하기 위하여 마이크로 콘케이브웰을 이용하여 세포 스페로이드 (cell spheroid)를 형성하였으며, 이를 통하여 인슐린 생성세포의 기능 및 생존을 향상시키고자 하였다. BioMEMS 기술 기반의 콘케이브 형태의 마이크로웰은 원하는 크기의 스페로이드의 대량생산이 가능하고, 세포수를 조절하여 쉽게 크기와 형태를 조절할 수 있다.
본 연구에서는 간세포에 췌장도세포의 생성에 필수적인 세가지 유전자 (PDX1, NEUROD, MAFA)를 순서대로 도입하여 분화를 유도하였다.
인슐린 생성세포 스페로이드는 일반적으로 사용하는 배양접시에 분화된 세포와 비교하여 분화 효율이 높고, 인슐린 생성능이 높았다.
유전체 분석을 통하여 2차원 배양 세포에 비하여 구상체에서 액틴-미오신 상호 작용이 크게 감소하여, 이러한 cytoskeleton의 변화가 세포의 형태, 이동 뿐 아니라 분화에 직접적인 영향을 미치고 있음을 밝혔다.
더 나아가 이러한 액틴-미오신 상호작용을 억제하는 약물을 통하여 2차원 배양에서도 3차원과 같이 분화능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
또한 당뇨쥐에 세포를 이식하였을 때 단일세포 현탁액에 비하여 스페로이드를 형성한 경우 우수한 혈당 조절능과 세포 생존을 보였습니다.
이러한 결과를 토대로 3차원 스페로이드를 이용한 분화화를 통하여 인슐린 생성세포의 임상 적용가능성을 높일 수 있었다.
이번 연구결과는 한국연구재단, 서울아산병원 과제의 지원으로 진행되었으며, 국제 학술지인 Cells (IF: 4.366) 11월에 게재되었다.
※ 심인경 교수는 2013년부터 우리 병원 의공학 연구소에 재직 중이다.
다양한 조직공학 기술을 이용한 줄기세포의 기능 및 분화 관련 과제를 수행중에 있으며, 약물 전달 시스템을 이용한 치료기술을 개발 하고 있다.