탈세포화 후 α-갈락토시다아제·PNGase-F 병용처리로 이종항원 제거의 ‘삼중 시너지 효과’ 확인

면역 거부반응 억제와 재생 가능성 제시...심장판막 이식 안전성과 효과 향상 기여 기대

   서울대병원 연구팀이 심장 수술에 사용되는 이종조직판막(동물의 심장판막 조직)에서 면역 거부반응의 원인이 되는 성분(이종항원)을 제거하고, 사람 세포를 공배양해 체외에서 살아 있는 조직처럼 만드는 데 성공했다. 이번 연구는 이러한 ‘재세포화(Recellularization)’ 가능성을 입증한 것으로, 심장판막 질환으로 반복적인 수술이 필요한 환자들에게 새로운 치료법 개발의 길을 열었다.

현재 심장 수술에서는 돼지나 소의 심낭 및 판막 조직이 이식재로 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 조직에는 사람에게는 없는 이종항원(α-Gal, Neu5Gc 등)이 남아 있어 인체 내에서 면역 거부반응을 유발할 수 있다. 이로 인해 염증, 석회화, 조직 손상 등이 발생하며 결국 이식 실패로 이어질 위험이 크다. 특히 소아 환자의 경우 성장 과정에서 이식된 판막이 함께 발달하지 못하기 때문에 반복적인 교체 수술이 불가피하다. 따라서 항원을 효과적으로 제거하고, 판막을 환자의 몸속에서 안정적으로 자리 잡게 할 새로운 기술 개발이 절실하다.

서울대병원 의생명연구원 김소영 연구교수, 소아청소년과 김기범 교수, 소아흉부외과 임홍국 교수 연구팀은 동물 심장판막에서 α-Gal과 Neu5Gc 등 주요 이종항원을 제거한 뒤 사람 세포를 심어 체외에서 재세포화를 유도하는 연구를 진행했으며, 이를 통해 면역 거부반응 억제와 조직 재생 가능성을 함께 확인했다고 13일 발표했다.

▲ [사진 왼쪽부터] 의생명연구원 김소영 연구교수, 소아청소년과 김기범 교수, 소아흉부외과 임홍국 교수

연구팀은 단순히 세포만 제거된 판막은 기능이 제한되고, 남아 있는 주요 이종항원이 거부반응을 일으킨다는 점에 주목했다. 이에 따라 돼지 심낭을 탈세포화한 뒤 α-갈락토시다아제(α-Gal 제거)와 PNGase-F(Neu5Gc 제거)를 병용 처리해 항원을 제거한 이종심장이식편(cardiac xenografts)을 제작했고, 이후 이 조직에 사람 지방유래 중간엽 줄기세포(ADSCs)와 제대정맥 내피세포(HUVECs)를 공배양하여 체외 재세포화 과정을 관찰했다.

실험 결과, 탈세포화 후 두 효소를 함께 사용했을 때 판막 조직의 구조와 강도는 유지되면서 조직학적으로도 변화가 없었고, 항원 제거 효과는 크게 향상됐다. 연구팀은 이를 ‘삼중 시너지 효과’라고 설명했으며, 이는 ▲생체역학적 안정성 유지 ▲α-Gal·Neu5Gc 항원 제거 ▲10종의 탄수화물 결합 렉틴 신호 감소라는 결과로 입증됐다.

▲ α-갈락토시다아제(α-Gal)와 PNGase-F로 처리한 이종조직판막에 사람 줄기세포와 제대정맥 내피세포를 공배양했을 때, Vimentin(a), Fibronectin(b), vWF(c), CD31(d) 발현이 모두 증가해 재세포화가 촉진된 모습(초록색 발현량 증가)

또한 재세포화된 판막에서는 공배양된 두 세포가 빠르게 침투해 안정적으로 자리 잡았으며, 비멘틴(vimentin), 칼포닌(calponin), 파이브로넥틴(fibronectin), von Willebrand factor(vWF), CD31 등 재세포화와 관련된 단백질 발현이 모두 증가했다. 이는 세포 정착과 혈관 내피세포 형성으로 조직 재생이 촉진되었음을 보여준다.

임홍국 소아흉부외과 교수는 “이번 연구는 탈세포화와 두 효소의 병용 처리로 항원 제거 효과를 극대화하고, 사람 세포를 공배양해 체외 재세포화 가능성을 세계 최초로 입증한 것”이라며 “향후 이 기술을 실제 환자 치료로 연결할 수 있도록 연구를 이어가겠다”라고 말했다.

이번 연구는 이건희 소아암·희귀질환 극복사업 재원으로 수행됐으며, 연구 결과는 ‘Tissue Engineering: Part A’ 온라인판에 게재됐다.

한편, 연구팀은 자체 개발한 항석회화 프로토콜을 돼지 심낭에 적용해 2018년 폐동맥 스텐트 판막을 개발한 바 있으며, 이는 872명의 환자들에게 이식돼 우수한 결과를 보이고 있다.