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멜라토닌·mRNA 동시 탑재 LNP로 폐섬유증 치료 효과 확인

CMC 구희범 교수팀, mRNA 전달 효율과 중간엽줄기세포 항산화 기능 높여 폐섬유화 억제
폐 조직에서 산화 스트레스가 지속되고 세포외기질이 과도하게 축적되면서 폐 조직이 점차 딱딱하게 굳는 폐섬유증. 국내 연구진이 멜라토닌과 mRNA를 동시에 탑재한 지질나노입자를 이용해 중간엽줄기세포(MSC)의 항산화·항섬유화 기능을 강화하는 기술을 개발했다.

 

▲ (왼쪽부터) 구희범 교수 박지선 박사 조보빈 연구원

 

가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 합성생물학사업단장인 구희범 교수(의생명과학교실 교신저자)팀(가톨릭의대 의생명과학교실 박지선 박사 조보빈 연구원 공동 제1저자)은 멜라토닌과 mRNA를 동시에 탑재한 지질나노입자(LNP)로 중간엽줄기세포(MSC)의 항산화 항섬유화 기능을 강화해 폐섬유증 치료 효과를 확인했다고 밝혔다.

 

중간엽줄기세포는 조직 재생과 면역 조절 능력이 뛰어나 폐섬유증의 강력한 치료 후보로 주목받고 있지만 열악한 미세환경에서는 치료 기능 특성을 유지하기 어려운 한계가 있었다.

 

이에 줄기세포의 항산화 능력을 강화하기 위해 mRNA를 분해로부터 보호하고 세포 내 전달을 돕는 지질나노입자(LNP)를 활용할 수 있다.

 

▲ 멜라토닌과 NRF2 mRNA 동시 탑재된 지질나노입자(LNP)를 통한 줄기세포 기능 강화 및 폐 섬유화 치료.

 

구 교수팀은 멜라토닌과 NRF2 mRNA를 동시에 탑재한 지질나노입자(LNP lipid nano particle)를 중간엽줄기세포에 처리해 세포의 기능을 강화하는 전략을 만들고 이어 기능이 강화된 중간엽줄기세포를 폐로 전달해 폐섬유화 치료 효과를 입증했다.

 

구 교수팀은 멜라토닌이 지질나노입자의 물리적 성질을 조절해 mRNA의 세포 내 전달 효율까지 높인다는 사실을 확인했으며 특히 멜라토닌이 기존의 항산화 작용에 더해 LNP 막의 유동성을 높이고 엔도솜의 탈출을 촉진, mRNA 세포질로 보다 효과적으로 전달되도록 하는 것을 확인했다.

 

그 결과, LNP를 처리해 기능이 강화된 중간엽줄기세포에서는 항산화 기능이 향상됐으며, 활성산소와 세포사멸, DNA 손상이 감소했다.

 

또한 폐섬유화 마우스 모델에서 기능이 강화된 중간엽줄기세포를 주입한 결과, 치료군에서 폐 조직 손상과 콜라겐 축적이 감소하고 섬유화 관련 지표도 유의하게 억제되는 것으로 나타났다.

 

구 교수팀은 이번 연구를 통해 항산화 기능이 강화된 줄기세포를 개발해 폐섬유화 치료 효과를 확인하고 이를 통해 줄기세포의 치료 기능을 강화할 수 있음을 입증하고, 향후 새로운 세포치료제 개발 방향을 제시했다.

 

구희범 교수는 “이번 연구는 지질나노입자를 이용한 효율적인 mRNA 전달이 줄기세포 치료 기능을 획기적으로 높일 수 있음을 보여준 성과”라며 “향후 폐섬유증 뿐만 아니라 다양한 난치성 질환을 겨냥한 기능강화 세포치료제 개발에 광범위하게 활용할 예정”이라고 밝혔다.

 

한편 구 교수팀의 연구는 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단과 한국연구재단, 한국보건산업진흥원, 범부처재생의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며 생체재료 분야 최고 권위 국제 학술지인 ‘Biomaterials’(IF 13.6) 온라인판에 최근 게재됐다.

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