<사진 왼쪽부터 서울아산병원 아산생명과학연구원 세포유전공학교실 신동명, 융합연구지원센터 김상엽, 제주대학교 약학대학 정의만 교수>
완치가 어렵고 삶의 질을 심각하게 저하시키는 알레르기성 천식을 줄기세포로 치료할 수 있는 새로운 길이 열렸다. 국내 연구진이 항산화 물질인 ‘멜라토닌’을 활용해 줄기세포의 기능을 극대화하고, 이를 통해 천식 증상을 완화하는 데 성공했다.
서울아산병원 신동명·김상엽 교수, 제주대학교 정의만 교수팀은 중간엽줄기세포에 멜라토닌을 미리 노출해 기능을 강화하는 이른바 ‘멜라토닌 프라이밍’ 기술을 개발하고, 실제 천식 동물모델에서 강력한 항염증 효과를 확인했다고 밝혔다.
프라이밍(Priming)은 줄기세포를 특정 물질에 노출시켜 세포의 본래 기능을 더 높이는 기술이다. 연구팀은 항산화 및 항염 효과가 뛰어난 멜라토닌을 줄기세포에 처리해 세포의 면역 조절 기능을 강화했다.
이렇게 강화된 줄기세포를 천식에 걸린 쥐에게 투여한 결과, 폐 속의 염증세포 수가 눈에 띄게 줄어든 것으로 나타났다. 이는 멜라토닌 프라이밍 줄기세포가 천식 특유의 기도 내 염증과 부종을 억제하는 데 탁월한 효과가 있음을 세계 최초로 입증한 것이다.
연구팀은 줄기세포가 왜 더 강력해졌는지에 대한 과학적 근거(메커니즘)도 정밀하게 분석했다. 특히 첨단 분석 기술인 ‘포스터 공명 에너지 전달(FRET)’과 ‘전사체 분석’을 통해 두 가지 핵심 경로를 밝혀냈다.
멜라토닌은 줄기세포의 생존과 기능을 강화하기 위해 두 가지 주요 경로를 활성화한다. 우선 항산화 방어 측면에서는 세포 내 ‘CREB1-NRF2’ 경로를 통해 항산화 물질인 글루타치온의 유지력을 높여, 철분 과다로 인한 세포 사멸인 ‘페롭토시스(Ferroptosis)’ 스트레스로부터 줄기세포를 효과적으로 보호한다.
동시에 면역 조절 측면에서는 ‘JAK-STAT’ 경로를 활성화해 면역 관련 단백질인 PD-L1의 발현을 증가시킴으로써 줄기세포 본연의 면역 조절 능력을 극대화하는 역할을 한다.
<그림. 난치성 천식서 '멜라토닌 프라이밍 줄기세포' 치료 효과 확인>
이번 연구에는 육군사관학교 정근홍 교수팀도 참여해 머신러닝 기반의 자동 면역세포 분석 시스템을 도입했다. 이를 통해 연구자 간의 주관적 차이를 없애고 분석의 효율성과 정확도를 높였다.
신동명 서울아산병원 교수는 “이번 연구는 국제 약전에 등록된 안전한 물질인 멜라토닌을 후보 물질로 선정해 줄기세포의 기능을 효과적으로 높였다는 데 의의가 있다”며 “치료 효능을 실시간으로 예측할 수 있는 기술을 활용해, 향후 실제 임상 현장에서 사용할 수 있는 고성능 줄기세포 치료제 개발의 중요한 실마리가 될 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행되었으며, 화학공학 분야 세계 상위 3% 학술지인 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF 13.2)> 최신호에 게재됐다.
