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세포·약물 스며들게 하는 하이드로젤 테이프 개발조직과의 접착력 높인 티슈 테이프, 줄기세포 생착 돕고 약물전달효율 높여
조충연 기자  |  dw@doctorw.co.kr
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승인 2019.09.20  12:05:25
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▲ 히알루론산 기반 패치형 하이드로젤 테이프 개발 및 응용 모식도
홍합 및 멍게 수중 접착 기술을 모방한 페놀 유도체 수식 조직 접착성 히알루론산 패치를 제작해 세포/오가노이드 및 약물 치료제, 인공 조직 모사체 제작 등 다양하게 응용했다.

   
▲ 하이드로젤 테이프를 활용한 줄기세포 및 약물 전달
랫트(Rat)의 손상된 심장 조직 표면에 줄기세포를 하이드로젤 테이프를 이용해 단단히 부착시킬 수 있었으며(왼쪽), 약물이 미리 탑재된 하이드로젤 테이프를 마우스의 피부가 손상된 부위에 부착시킬 수 있었고(오른쪽), 이러한 간편한 방식으로 조직 재생 효과를 유도할 수 있었다.
   
▲ 하이드로젤 테이프를 이용한 간편하고 효과적인 오가노이드 이식
일반 세포보다 수 백 배 큰 간 조직 유사체인 간 오가노이드를 마우스(mouse)의 간 조직 위에 얹고 하이드로젤 테이프로 붙이는 방식을 통해 새로운 오가노이드 전달 방법을 구축했으며, 간 조직에 간 오가노이드를 쉽게 부착시킬 수 있었다. 이식한 간 오가노이드가 간 조직의 일부로 생착될 수 있음을 확인했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 조승우 교수, 신지수 박사(연세대)와 최동훈 교수(연세의료원) 연구팀이 줄기세포나 약물을 조직 표면에 간편히 붙여 전달하는 하이드로젤 테이프를 개발했다고 밝혔다. 개발된 테이프는 동결건조된 제형으로 별도의 처리 없이 기성품(ready-to-use tissue tape)처럼 간편하게 사용할 수 있도록 했다.

이식하거나 주사하는 대신 테이프처럼 붙이는 방식으로 줄기세포 등을 전달하면 조직에 미치는 영향을 줄일 수 있는 한편 사용자의 편의성을 크게 높일 수 있다.

연구팀은 홍합이나 멍게 같은 해양생물의 수중 접착력을 모사한 히알루론산 기반 하이드로젤을 기존 주사제 제형에서 붙이는 패치 제형으로 변형, 기능성과 편의성을 크게 향상시켰다.

페놀 유도체 성분에서 비롯된 우수한 접착력과 탄력성 그리고 하이드로젤 패치 내부에 형성된 나노섬유 구조가 세포의 생착을 돕는 한편 약물전달 효율을 높임으로써 기능성을 크게 개선할 수 있었다.

실제 심근경색 소동물 모델, 랫트(Rat)의 손상된 심장 표면에 히알루론산 하이드로젤 패치를 테이프처럼 붙이고 그 위에 줄기세포를 분사해 하이드로젤 패치 내부에 흡수되도록 했다.

그 결과 심박출률 같은 심장기능이 개선됐고 심근비대증이 완화됐으며 심혈관 조직의 재생도 돕는 것을 확인했다.

줄기세포 이외의 유용단백질 전달효과도 확인했다. 재생 효과가 있어 상처 치료에 사용되는 혈관유도성장인자를 탑재한 하이드로젤 패치 테이프를 생쥐의 창상 부위에 적용했다. 그 결과 자가치유가 힘들 정도로 컸던 창상 부위가 빠르게 회복되는 것을 확인할 수 있었다.

나아가 약물 스크리닝이나 질병 모델링 분야에서 주목받는 미니 장기, 오가노이드는 차세대 세포치료제로도 기대를 모으고 있지만 마땅한 이식기술이 없는 실정이다.

연구팀은 개발한 테이프를 이용해 생쥐에서 간, 소장, 위 등 다양한 오가노이드를 원하는 위치에 부착시킬 수 있음을 보였다.

조승우 교수는 "세포와 약물을 전달하던 기존 방식의 단점을 극복하고 하이드로젤 테이프를 이용해 줄기세포 및 약물을 손쉽고 편리하게 질환 부위에 안전하고 효과적으로 전달하는 방법으로 상용화 가능성이 크다”고 설명했다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구지원사업 및 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행된 이 연구의 성과는 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머테리얼스(Advanced Functional Materials)에 9월 2일 논문명 ‘Tissue Tape-Phenolic Hyaluronic Acid Hydrogel Patches for Off-the-Shelf Therapy’, 조승우 교수(공동교신저자), 최동훈 교수(공동교신저자), 신지수 박사(제1저자) 등으로 게재됐다.

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