한림대학교춘천성심병원 신경외과 전진평 교수(사진 교신저자) 연구팀이 한림대학교 김종태 박사(제1저자, 한림대 뉴프론티어리서치연구소), 상명대학교 강성민 교수 연구팀과 함께 뇌에서 분리한 고순도 신경줄기세포가 혈관내피세포를 통해 뇌 손상 부위로 이동할 수 있다는 연구 결과를 발표했다.

이번 연구는 “신경줄기세포와 혈관내피세포로 구성된 하이드로겔 메쉬 플랫폼을 이용한 신경재생 기술(Advanced hydrogel mesh platform with neural stem cells and human umbilical vein endothelial cells for enhanced axonal regeneration)”이라는 제목으로 국제 저널인 “에이피엘 바이오엔지니어링(APL Bioengineering, 피인용지수(I.F) 6.6)”에 ‘특집 기사(Featured Article)’로 게재됐다.

뇌의 신경줄기세포는 항상성을 유지하고 손상 발생 시 신경세포(Neuron), 성상세포(Astrocyte), 희소돌기아교세포(Oligodendrocyte) 등으로 분화해 조직을 재생하는 유일한 세포로 알려져 있다.

뇌 손상 부위에서 신경을 재생할 수 있는 방법으로는 내재성 줄기세포를 활성화하는 방법과 외부에서 세포를 이식하는 방식이 있다. 그러나 내재성 세포 활성화는 아직 명확한 치료 시점이나 기전이 정립되지 않아 임상 적용이 어려워 현재로서는 외부에서 신경줄기세포를 이식하는 방법이 가장 효과적인 치료 방법으로 주목받고 있다.

전진평 교수팀은 마우스(쥐)의 뇌에서 분리한 고순도의 신경줄기세포를 활용해, 뇌 손상 부위로의 세포 이동 메커니즘을 밝히기 위한 연구를 진행했다.

연구팀은 외상성 뇌손상 마우스에게 신경줄기세포를 하이드로겔과 함께 이식하고 4주간 경과를 관찰했다. 그 결과, 녹색형광표지자를 발현하는 신경줄기세포가 손상 부위로 이동하고, 신경세포로 분화하는 현상이 확인됐다. 이를 통해 신경줄기세포가 특정 메커니즘을 통해 손상 부위로 유도될 수 있음을 예측했다.

더 나아가 피브린과 콜라겐으로 만든 하이드로겔을 활용해 실험한 결과, 신경줄기세포가 뛰어난 이동 능력을 가지고 있으며, 혈관내피세포와 미세아교세포와의 상호작용을 통해 뇌 손상과 유사한 환경에서도 비슷한 이동 특성을 보인다는 것을 확인했다. 또 신경줄기세포가 이런 환경 속에서도 주변의 세포외기질(세포 주변을 둘러싼 구조물)을 스스로 조절할 수 있는 능력이 있다는 것을 확인했다.

이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 고순도의 신경줄기세포와 혈관내피세포를 메쉬 형태의 하이드로겔에 담아 손상 부위에 전달하면, 혈전을 용해하고 손상된 혈관 및 축삭(Axon)의 재생을 촉진함으로써 신경 기능 회복에 실질적인 효과를 줄 수 있을 것으로 분석했다. 또한 뇌에 존재하는 고순도의 신경줄기세포를 체외에서 3차원 배양 방식으로 증폭 및 배양하는 기술을 시도하여, 향후 난치성 뇌출혈 치료에도 응용 가능성을 열었다. 이는 새로운 치료제 개발의 기반이 될 것으로 기대한다.

전진평 교수는 “이번 연구는 하이드로겔을 이용한 신경줄기세포 치료의 효과가 이식 후 빠른 혈관 형성에 달려 있다는 점에 주목했고, 치료 효과를 극대화하기 위해 메쉬 구조 플랫폼 개발에 초점을 맞췄다”며 “앞으로도 다양한 줄기세포를 이용한 맞춤형 하이드로겔로 발전시켜 난치성 뇌출혈 등 다양한 질환 치료에 응용될 것으로 기대한다”고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단으로부터 ‘뇌혈관질환 전주기 관리를 위한 인공지능 디지털 헬스 플랫폼 (No. RS-2022-NR070859)’과 ‘한림대학교의료원 마이티 한림(Might Hallym) 4.0 질환 정복 프로젝트’를 지원받아 수행됐다.