뇌 조직 환경 모사해 신경세포로의 분화 증진
(A) 각 시스템에서 제작된 유도신경세포의 특이적 단백질(Tuj1, MAP2) 발현 확인. 개발된 뇌 조직 모사 시스템에서 신경세포 리프로그래밍 효율이 증진됨
(B) 각 시스템을 이용해 제작된 유도신경세포의 특이적 유전자(Tuj1, Map2, NeuN, Syp) 발현 확인. 개발된 뇌 조직 모사 시스템에서 신경세포 분화가 가장 향상됨
(A) 뇌 조직 모사 시스템을 이용해 리프로그래밍된 기능성 유도신경세포를 허혈성 뇌졸중 동물모델에 적용함
(B) 이식된 신경세포(CFDA)의 생착능을 확인하고 신경세포 특이적 단백질(MAP2) 발현을 통해 표현형 유지를 확인함
(C, D) 세포치료 후 (C) 균형유지 시간 및 (D) 악력 측정을 통한 행동능력 분석 결과, 이 연구에서 개발된 배양 시스템을 통해 리프로그래밍된 유도신경세포(1, 2)가 뇌졸중 치료 효능이 가장 뛰어남
한국연구재단(이사장 노정혜)은 연세대학교 조승우 교수, 진윤희 박사, 이정승 박사, 강훈철 교수 연구팀이 뇌 조직을 모사한 생체재료를 이용해 신경세포로의 리프로그래밍 및 신경분화를 증진시켜 줄 세포 배양 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.
세포 리프로그래밍은 유전자 및 화학물질을 통해 세포의 형질을 변화시키는 기술로, 이미 분화된 세포를 줄기세포 및 다른 기능성 세포로 다시 분화시킬 수 있다.
최근 뇌신경질환 환자에게 기능성 세포를 이식하는 세포 치료제가 많은 기대를 받고 있다. 그러나 아직까지 기능성 세포의 대량 확보와 세포 제작 효율, 세포의 치료 효능 등에서 많은 한계점이 있다.
연구팀은 뇌 조직의 특이적인 성분을 가공해 실제 뇌와 유사한 환경의 세포 배양 플랫폼을 개발했다. 화합물 및 일반적인 생체물질로 만든 기존의 세포 배양 기술과 비교할 때, 기능성 세포의 제작 효율이 획기적으로 증진됐다. 제작된 신경세포의 표현형과 기능이 실제 신경세포와 상당히 유사하다.
또한, 개발된 배양 시스템으로 기능성 신경세포를 제작했을 때 세포의 치료 효능도 개선됐다. 제작된 기능성 신경세포는 허혈성 뇌졸중 생쥐의 행동 및 운동능력을 크게 향상시켰다.
조승우 교수는 “이 연구는 실제 뇌에 존재하는 복합적인 미세환경을 모사해 기존 세포 분화 기술의 한계를 극복한 것”이라며, “향후 치료용 신경세포의 대량생산 기술에 적용돼 효과적인 뇌신경질환 세포 치료제 제작을 위한 중요 요소기술로 활용되길 기대한다“고 연구 의의를 설명했다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 및 바이오‧의료기술개발사업의 지원으로 수행됐고, 국제학술지 네이쳐 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering) 7월 11일자에 논문명 ‘Three-dimensional brain-like microenvironments facilitate the direct reprogramming of fibroblasts into therapeutic neurons’, 조승우 교수(공동 교신저자, 연세대학교 생명공학과), 강훈철 교수(공동 교신저자, 연세대학교 의과대학, 소아과학교실), 진윤희 박사(공동 제1저자, 연세대학교 생명공학과), 이정승 박사(공동 제1저자, 연세대학교 생명공학과) 등으로 게재됐다.