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2022년도 상반기

당뇨병 환자 수 증가는 합병증 증가로 이어져 막대한 사회 의료비용이 소요되고 있으며 삶의 질, 수명 저하로 인한 사회노동력 감소는 이차적인 문제를 야기하고 있다. 당뇨병 만성 합병증은 거의 모든 장기에서 유발된다. 합병증은 실명률 20배, 만성 신부전 25배, 사지 절단 40배, 심근경색 2.5배, 뇌졸중 2.3배로 수명 단축, 삶의 질을 크게 저하시키기 때문에 당뇨 질환의 근본적인 치료는 매우 중요하다.

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극심한 만성적 당뇨는 지속적으로 외부의 인슐린을 체내로 주사하는 것이 유일한 치료 방법이지만 인체의 생리학적 변화와 대사에 따라서 급격한 저혈당 및 만성 합병증을 예방하는데 한계가 있다. 인슐린 주사는 환자가 매번 혈당을 측정해야 하고 저혈당 발생의 위험성 및 만성합병증 위험을 근본적으로 막기 어렵다. 따라서 세포 내 인슐린을 분비하는 췌장/췌도세포를 이식하여 인체의 자연적 생리대사에 의해 당 대사가 조절되는 것이 근본적인 치료법이 될 수 있다.

 

하지만 췌장이식은 수술 합병증 및 평생 과량의 면역억제를 사용해야 하는 한계가 있다. 췌도세포 이식은 췌장이식과 달리 비교적 간편한 수술로 합병증 없이 쉽게 이식이 가능하며 무엇보다도 체외에서의 배양 가능성 및 면역조절 (immuno-modulation)등의 조작을 시행할 수 있는 큰 장점이 있으며 또한 췌도세포를 장기간 냉동 보관 등으로 장거리 이송 등의 장점이 있어 가장 이상적인 치료법으로 생각되고 있다. 하지만 공급원의 부족, 낮은 생착률, 혈관주입 이식방법의 위험성 등으로 인하여 임상적용에 어려움을 갖고 있다.  

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전 세계적으로 줄기세포를 이용한 췌도세포 개발을 통한 당뇨치료에 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 만능줄기세포를 이용하여 췌도세포로 분화하더라도 여전히 분화능이 낮거나 글루코즈 반응성을 갖지 못해서 동물에서 혈당 조절에 실패하는 경우가 많이 있다.

 

췌도세포의 형태적 특징과 미세환경을 모방한 분화능 향상에 관한 연구는 최근 많은 기술이 개발되어 보고되고 있다. 췌도세포는 1000개 내외의 세포가 응집된 구형 스페로이드 구조 (islet)를 갖고 있다. 기존의 다양한 연구에서 이러한 세포-세포 응집구조가 췌도세포의 생리적 기능성 (인슐린 생성, 분비, 글루코즈 농도에 따른 반응성)을 유지하는데 필수적임이 알려져 있다. 따라서 췌도세포 분화를 위해서는 이러한 응집체 구조를 형성하는 것이 중요하다.

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조직 내의 세포-세포 및 세포-조직 주변 환경 간의 3차원 상호작용 (cell-cell interaction)을 구현하기 위한 세포응집체 배양 마이크로웰 어레이 플랫폼이 개발되어 꾸준히 활용되어 왔다. 마이크로웰을 이용하면 원하는 형태와 크기의 3차원 응집체 형성, 대량생산, 균일한 분화를 가능하게 하여 줄기세포 분화를 통한 임상적용에 필수적이다.

 

최근 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리스티렌 (Polystyrene, PS)으로 이루어진 마이크로웰 어레이가 StemFIT 3D®, AggrewellTM, Nunc, Corning 등의 세포배양용기 전문 기업에서 상용화 되어 줄기세포 배양, 3차원 암조직 배양, 오가노이드 배양 등의 연구에 사용되고 있다.

 

하지만 개발된 마이크로웰 어레이들은 위쪽면으로만 일부 영양분을 공급받기 때문에 3차원 응집체 안까지 충분한 영양분 공급이 어려운 한계가 있어서 체외에서 장기간 배양하거나 체내에 이식하여 주변 혈관으로부터 충분한 영양분을 공급받기 위한 충분한 공극을 갖고 있지 않아서 줄기세포 분화 및 이식에 사용되는데 한계가 있다.

 

본 연구에서는 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 얇은 다공성 나노섬유 (porous nanofibrous network)로 전체가 이루어진 오목한 형태의 마이크로 웰을 기반한 플랫폼을 이용하여 줄기세포 분화 효율 및 이식이 가능한 플랫폼을 개발하여 발표하였다.