정맥 투여한 줄기세포 치료제, 세포·유전자 치료제 등이 시간 경과에 따라 어느 장기로, 얼마나 이동했는지를 ‘세포 수 단위’로 추적할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
건국대 의대 줄기세포교실 정형민 교수팀과 한국과학기술연구원(KIST) 유병용 박사팀은 미래셀바이오와 공동으로 이런 기술을 개발하고 연구 결과를 ‘사이언티픽 리포츠'(Scientific Reports)에 발표했다고 1일 밝혔다.
연구팀은 ‘지방조직에서 추출한 간엽줄기세포’(AD-MSC)에 방사성동위원소 ‘14C 티미딘’을 붙여 생쥐(누드 마우스)의 꼬리 정맥에 투여한 뒤 4~168시간 동안 ‘방사선가속기’로 불리는 가속질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)로 장기 내 분포를 측정했다.
이식 4시간 후 폐에서는 몇 개인지 셀 수 없을 정도로 많은 ‘투여 줄기세포’가 보였다. 비장, 간, 심장·콩팥(신장)서는 조직 1㎎당 각각 평균 19개, 14개, 1~2개의 투여 줄기세포가 검출됐지만 뇌에서는 검출되지 않았다. 12시간 뒤에는 폐를 제외하고는 검출되는 투여 줄기세포 수가 늘어났는데 폐 등에 있던 게 이동한 것으로 보인다. 24시간 뒤에는 12시간 뒤와 비교해 투여 줄기세포 수가 간에서는 4분의1로, 비장·심장·콩팥에서는 2분의1로 줄었다.
각 장기로 이동한 투여 줄기세포 총수(장기의 평균 질량을 토대로 추정)는 폐의 경우 4시간 뒤(약 62만개), 다른 장기들은 12시간 뒤(간 2만1,941개, 비장 1,993개, 콩팥 828개, 심장 264개, 뇌 222개)에 가장 많았다. 7일 뒤에도 수는 줄었지만 투여 줄기세포가 6,179개(폐)~120개(뇌) 확인됐다.
줄기세포를 염색한 뒤 투여해 같은 시간 간격으로 검사해보니 이동 양상이 비슷하고 투여 줄기세포가 시각적으로 생착됐음도 확인했다.
정 교수는 "새 기술은 여러 종류의 신체 조직으로 분화할 수 있는 줄기세포를 가령 100만개 투여했을 때 어느 장기로 몇 개가 이동하거나 남아 있는지를 시간대별로 세어 확인(정량화)하거나, 특정 장기에 투여하는 줄기세포의 수를 조정해 치료 효율을 높이는 데 활용할 수 있다"고 설명했다.
14C 티미딘은 세포가 분열할 때 새로 복제된 DNA에 통합되는데 투여 줄기세포의 주요 특성인 다양한 신체 조직으로 분화할 수 있는 능력, 세포 성장·분열 등에 영향을 미치지 않았다.
형광분석법, 유전자증폭검사(qPCR), 자기공명영상(MRI), 단일광자방출 컴퓨터단층촬영(SPECT), 액체섬광계수기(LSC) 등을 이용한 기존 기술은 해상도가 낮거나 정량적 분석이 불가능하다는 문제점이 있었다. 영상 조영제가 줄기세포에 직접 들어가게 하는 방법은 줄기세포의 분화 능력을 사라지게 하거나 생체추적 효율이 떨어진다.
/임웅재 기자 jaelim@sedaily.com
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