POSTECH 차형준 교수팀, 홍합접착소재 기반 조직재생용 마이크로니들 패치 개발

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학공학과 차형준 교수는 화학공학과 임수미 석사, 박태윤 박사, 전은영 박사(현 미국 컬럼비아대학교 박사) 연구팀은 몸속 성장인자(growth factor)와 세포외 기질(extracellular matrix) 유래의 기능성 펩타이드를 포함한 새로운 홍합접착단백질을 개발했다. 

성장인자란 세포의 성장과 분화에 관여하는 단백질을, 세포외 기질이란 세포를 제외한 조직의 나머지 성분을 말한다.

26일 POSTECH에 따르면 차형준 교수팀은 이 기능성 펩타이드를 손상된 심근 조직에 효과적으로 전달할 수 있도록 심장조직에 붙이는 패치형 주사인 ‘마이크로니들’로 만들었다. 

마이크로니들 끝부분에는 기계적 강도가 우수한 실크 피브로인(silk fibroin) 단백질을 더해 동물의 심근 조직 표면에 쉽고 빠르게 침투되도록 했다.

300~800마이크로미터(㎛) 길이의 미세 바늘로 구성된 마이크로니들은 조직 표면을 통과해 유효성분을 전달하는 약물전달시스템이다. 

두꺼운 바늘로 찔러야 하는 기존의 주사와 다르게 장기 조직 표면에 부착만 하면 된다는 장점이 있다.

차형준 교수팀은 마이크로니들 기술을 심근경색 치료에 적용하고자 했다. 

심근경색이 일어나면 심장의 근육세포와 주변 혈관이 크게 손상되지만, 스스로 재생이 일어나지 않아 손상된 심장근육을 획기적으로 재생시킬 방법이 없었다. 

혈관재생을 돕는 성장인자나 약물 등을 심장에 전달해 손상된 조직을 재생시키고자 하는 연구가 진행되고 있지만, 성장인자는 반감기가 매우 짧고, 체내에서 쉽게 사라져 지속적인 물질 주입이 필요했다.

이번 연구에서 차형준 교수팀은 기능성 펩타이드가 들어 있는 홍합접착단백질을 인간 유래 혈관 세포에 처리했을 때, 세포의 증식과 이동이 효과적으로 촉진된다는 사실을 확인했다. 

홍합접착단백질 소재의 우수한 접착성과 몸속에서 부풀어오르는 마이크로니들의 성질에 따라, 지속적인 수축 운동이 반복되는 심장조직에서 패치가 견고하게 유지되기도 했다.

기능성 홍합접착단백질은 마이크로니들에 의해 만들어진 미세한 경로를 통해 직접적으로 전달됐다. 

이는 손상된 심근 조직에 오랫동안 남아 심근세포의 추가적인 사멸을 방지하고, 근섬유화(fibrosis)를 완화해 손상된 심근벽을 효과적으로 회복시켰다.

차형준 교수는 “한국의 원천소재인 홍합접착단백질을 이용해 실제 심근경색 동물모델에서 기능성 펩타이드를 효과적으로 전달했다”며 “심근경색 치료제의 가능성을 확인했고, 개발한 기술은 비슷한 환경의 조직 재생 치료에도 성공적으로 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 바이오소재 분야 최고 학술지인 ‘바이오머터리얼스 (Biomaterials)’에 게재됐다.

보건복지부와 한국보건산업진흥원에서 지원하는 ‘보건의료기술개발사업’, 과학기술정보통신부와 한국연구재단에서 지원하는 ‘나노·미래소재원천기술개발사업’의 일환으로 수행됐다.