미국 보스턴대 의대와 메디컬센터의 합작투자회사인 ‘재생의학센터(CReM)’ 공동 연구팀은 각종 질병으로 손상된 폐에 맞춤형 줄기세포를 ‘생착’하는 방법을 생쥐실험에서 발견했다고 밝혔다. 생착(Engraftment)은 이식한 줄기세포나 골수가 환자의 골수에 정착해 새로 적혈구, 백혈구, 혈소판을 만들 수 있게 되는 상태다. 줄기세포를 생착했다는 것은 성공적으로 이식했다는 뜻이다.
연구의 교신 저자인 데럴 코튼 교수(CReM 책임자)는 “맞춤형 폐 줄기세포를 면역억제제를 투여하지 않고 손상된 폐에 성공적으로 이식할 수 있게 됐다”고 말했다.
연구팀은 20년 이상 폐 기도 또는 폐포를 재생하기 위해 폐에 세포를 생착시키는 방법을 연구해 왔다. 생착이 오래 지속되고 기능적으로 유지되려면 ‘줄기세포 틈새’라는 폐의 줄기세포 또는 전구세포의 '구획'을 재구성해야 한다.
연구팀은 실험실에서 ‘유도 만능 줄기세포(iPSC)’를 사용해 폐의 각 줄기세포 또는 전구세포(특정 세포가 형태와 기능을 제대로 갖추기 전 단계의 세포)를 맞춤형으로 만드는 방법을 개발했다. 또 이 세포를 폐가 손상된 생쥐에게 순조롭게 이식하는 방법도 찾아냈다. 연구팀은 이를 통해 폐에서 가스 교환을 맡는 부위(폐포)에 맞춤형 줄기세포를 생착하는 방법을 개발하는 데 성공했다.
맞춤형 줄기세포는 기도의 정상 줄기세포인 기저세포로 생착했고, 분열을 통해 스스로 재생하거나 복제할 수 있었다. 또 다른 세포 유형을 만들어 제대로 기능하는 기도 상피를 만들었다. 생착된 세포는 제1형 폐포세포와 제2형 폐포세포 등 두 가지 유형의 폐포 세포를 형성했다. 제2형 폐포세포는 평생 동안 폐포의 전구세포 역할을 한다. 이식된 맞춤형 줄기세포에서 새로운 제2형 폐포세포를 형성하면 세포가 자가 재생 및 분화해 폐포가 오랫동안 유지될 수 있다.
연구팀은 “유도 만능 줄기세포(iPSC)로 만든 맞춤형 줄기세포를 사용해 기도와 폐포에서 폐 줄기세포와 전구세포를 재구성한 것은 앞으로 손상, 퇴화, 돌연변이와 관련된 폐 질환의 치료에 큰 영향을 미칠 수 있을 것”으로 내다봤다. 유도 만능 줄기세포는 모든 개인의 혈액이나 피부에서 만들 수 있다.
이 연구 결과(Airway stem cell reconstitution by the transplantation of primary or pluripotent stem cell-derived basal cells)는 국제학술지 ≪셀 줄기세포(Cell Stem Cell)≫ 온라인판에 실렸다.