줄기세포로 뼈 재생 촉진하는 新 나노입자 개발

[이데일리 이순용 기자] 사포닌 기반 나노입자를 줄기세포 치료에 최초로 적용해 약물의 효율적인 전달과 뼈 재생의 촉진을 입증한 연구 결과가 발표됐다.

가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 합성생물학사업단장 구희범 의생명과학교실 교수(교신저자) · 박지선 박사(공동 제1저자) · 이채현 연구원(공동 제1저자)팀이 사포닌(saponin) 기반 나노입자를 개발해 인간 중간엽 줄기세포(hMSC)의 골 생성 분화와 뼈 재생 촉진에 성공했다.

이번에 개발한 나노입자는 기공 형성 사포닌인 알파 헤데린(alpha-hederin)을 기반으로, 세포 흡수가 빠르고 세포 내 지속적인 약물 공급 능력이 우수하다는 장점이 있다. 이번 연구는 이러한 사포닌 기반 나노입자를 줄기세포 치료에 최초로 적용한 연구로서 약물의 효율적인 전달과 뼈 재생에서 유망한 잠재력을 입증하며 향후 다양한 줄기세포 치료에 응용될 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

줄기세포 분화의 방향을 결정하는 것은 줄기세포 치료의 핵심 단계인데, 이번 연구에서는 dexamethasone(Dex)과 alpha-lipoic acid(ALA)가 포함된 사포닌 나노입자(Ad-SNP)를 통해 인간 중간엽 줄기세포가 뼈를 만드는 조골세포로 분화하는 것을 유도하였다.

Ad-SNP 나노입자는 사포닌의 독특한 특성 덕분에 양전하 없이도 세포막의 기공 형성을 통해 줄기세포 내로 빠른 흡수가 가능하며, 세포질에서 좀 더 오랫동안 약물을 공급할 수 있다. 연구팀이 개발한 나노입자를 쥐 대퇴골 뼈 결함 모델에 테스트한 결과, Ad-SNP가 처리된 hMSC 그룹에서 가장 빠른 뼈 재생과 완전한 회복이 촉진되는 것을 확인했다.

구희범 교수는 “이번 연구는 나노입자를 이용한 줄기세포 내 약물전달의 가능성을 보여주는 연구로, 향후 다양한 줄기세포 치료 분야에 응용될 예정이다”고 밝혔다.

이번 연구는 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단의 지원을 받아 진행됐으며, 생체재료 분야의 저명한 국제 학술《Biomaterials》 11월호에 게재됐다.

Dex와 ALA 포함 사포닌 나노입자를 통한 뼈 재생 모식도.