능동 이동 기능으로 효율극대화 – 새 연골 손상치료법으로 각광 예상
줄기세포를 탑재한 마이크로의료로봇에 능동 이동기능을 부여한 기술이 세계 최초로 개발되어 화제가 되고 있다.
전남대 마이크로의료로봇센터는 국내 연구진이 관절연골 재생을 위해 줄기세포를 탑재한 마이크로로봇을 전자장 제어 방식으로 손상된 연골부위에 정확히 유도하는 능동형 줄기세포전달체 방법론을 제시했다고 17일 밝혔다.
이 방법으로 대표적인 퇴행성 질환 부위인 관절연골을 치료시 기존 저효율의 비침습적 줄기세포 주입법 보다 환자의 회복기간 단축과 능동구동에 따른 치료효과 증대와 함께 시술비용을 대폭 낮출 수 있게 되어 새 치료법으로 각광를 받을 것으로 예상되고 있다.
일반적으로, 관절연골 손상은 증상에 의한 초기 발견이 어렵고 치료 또한 보존요법에 의한 통증 감소가 대부분이며 원인치료는 수술 요법이 대부분이나, 관절 연골 또는 주위 신경손상, 부적절한 절제에 의한 증상 악화 등의 부작용을 보인다.
최근, 퇴행성관절염의 진행을 늦추고 인공관절 삽입을 피할 수 있는 방법으로써, 환자에게서 추출한 성체줄기세포, 연골세포와 같은 자가 유래세포의 관절연골내 세포 이식법 혹은 주입법이 이루어지고 있다.
그러나 세포 이식법은 침습적(피부조직 절개를 통한 시술)이며 윤활액내 주사를 이용한 줄기세포 주입법은 비침습적이나 줄기세포 자체에 능동 구동능력이 없어 환부로의 전달 효율이 낮다.
이러한 한계점을 극복하기 위해 연구소에서는 동물(마우스) 골수 유래의 성체줄기세포가 탑재 가능한 관절연골 치료용 마이크로로봇을 개발하는 연구를 진행했다.
줄기세포 탑재용 마이크로로봇은 생분해성 폴리머로 이루어진 3차원 다공성 구조체로 표면에는 외부 자기장에 반응하는 나노 자성입자들이 부착된 형태로 제작되며, 이러한 자기구동 마이크로로봇내 마우스 골수 유래의 성체줄기세포가 탑재된다.
줄기세포 탑재 마이크로의료로봇은 외부 자기장에 의한 마이크로로봇 표면의 나노 자성입자의 반응에 따라 손상된 관절연골 부위로 정밀 이동할 수 있으며, 이동한 후 줄기세포는 연골세포로 분화되고 동시에 마이크로로봇은 체내에서 서서히 분해된다.
제안한 줄기세포 탑재 마이크로의료로봇은 작은 크기(직경 300 μm)를 이용하여 피부절개 없이 주사바늘을 통해 관절 윤활액 내로 주입 가능하며 주입 후 능동구동을 통해 관절연골 손상부위로 표적화가 가능하여 환자 회복기간 단축과 연골 치료효과 증대를 기대할 수 있다.
이 연구 결과를 바탕으로 동물 또는 사람에서 직접 분리해낸 줄기세포에 응용하여 재현하면 추후 줄기세포 탑재 마이크로의료로봇에 의한 관절연골 치료가 가능할 것으로 기대된다.
이번 연구는 전남대 마이크로의료로봇센터의 젊은 과학자 고광준 연구원(26)이 아이디어를 제시하였고 한지원 연구교수(40, 수의학박사)와 박석호 교수(47, 현 DGIST)와의 공동연구로 진행하였다.
고광준 연구원은 “이 줄기세포 탑재 마이크로로봇은 외부 자기장에 의해 연골결손 부위로 정밀하게 이동할 수 있는 새로운 기술이다. 향후 이 마이크로의료로봇이 상용화된다면 새로운 관절연골 손상 치료법이 될 수 있을 것이라 기대된다.” 고 말했다.
한지원 연구교수는 “이 시술법이 하루 빨리 임상에 적용되어 관절염으로 고통받고 계신 제 어머니를 포함한 모든 사람들에게 새로운 희망이 될 수 있도록 준비중인 전임상 실험에 더욱 최선을 다하겠다” 라고 말했다.
박석호 교수는 “본 연구는 줄기세포가 담지된 마이크로로봇을 이용하여 능동적으로 연골의 환부에 줄기세포를 전달하고 연골세포로 분화하여 치료할 수 있는 가능성을 제시하는데 의미가 있다.”고 말했다.
박종오 센터장은 “약물전달체(DDS)는 환부에의 약물 전달효율이 중요한데 마이크로의료로봇은 구체적인 표적에 대한 능동 이동기능을 가지고 있어 효율을 극대화할 수 있어서 향후 더욱 그 의미가 커질 것 같다. 마이크로의료로봇센터에서는 줄기세포를 포함하여 다양한 생체세포를 이용한 마이크로의료로봇 기술개발의 비중이 점차 더 커지고 있다.” 고 말했다.
한편 이번 연구는 국제과학전문지 ‘Advanced Healthcare Materials’(공학 및 바이오분야 전세계 상위 5%)에 ‘관절연골 치료를 위한 성체줄기세포 탑재 자기구동 마이크로지지체’라는 제목으로 5월 8일 발표되었으며 7월호 표지로 선정되었다.