그렇다면 앞선 기술들의 단점을 최소화할 수 있는 방법은 무엇일까요? 바로 환자의 몸 속에서 필요로 하는 세포를 직접 만들어 내는 것입니다. 이 기술이 생체 내 직접교차분화 (in vivo direct conversion) 기술 즉, 세포의 체외 조작 없이 생체 내에서 직접교차분화를 유도하여 세포의 운명을 바꾸는 기술입니다. 이 기술은 손실된 세포를 외부에서 이식하지 않고, 재생이 필요한 세포를 생체 내에서 주변으로부터 직접 만들어 내기 때문에 부작용을 최소화할 수 있으며, 파킨슨이나 알츠하이머 질환과 같은 퇴행성 질환뿐만 아니라 다양한 질병 치료에도 효과를 보일 것으로 예상됩니다. 또한, 불필요한 외부조작을 최소화하여 세포 전환 과정 중에 세포 손실을 최소화하여 경제적·시간적 기회비용을 줄일 수 있다는 점에서 향후 활용에 대한 기대가 높은 기술입니다. 현재까지 전 세계적으로 생체 내 세포 전환 기술과 관련된 연구결과가 활발하게 발표되고 있으며 다양한 세포 치료기술로 응용되고 있습니다.

하지만 생체 내 직접교차분화기술은 역분화 및 배아 줄기세포 등의 기존 줄기세포 기술을 대체 할 수 있는 선도적인 기술로 주목받고 있으나 현재 임상에 바로 적용하기까지 한계점이 있습니다. 직접교차분화 과정에서 다양한 세포 전환 유도인자들을 생체 내에서 무작위로 발현시키므로 불특정한 다수의 세포 전환이 유발될 뿐 아니라, 세포마다 분화 효율이 달라 기존의 줄기세포 치료기술에 비해 낮은 세포 전환 성공률을 나타내게 됩니다.

그림 2. 생체 내 세포 재생/전환 기반 치료 기술의 한계점 ⓒ동국대학교

본 연구팀에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해 나노 일렉트로닉스 기술을 접목하는 신개념의 생체 내 신경세포 세포 전환 기술을 개발하여 2017년 세계 최고 수준의 과학잡지인 네이처 나노테크놀로지에 보고하였습니다. 이 기술을 파킨슨 질병 모델 마우스에 적용하여 생체 내에서 도파민 신경세포를 생산하였고 이를 통해 파킨슨 질환의 치료 효과를 확인하는 등, 세포치료 기술 확보의 가능성을 제시한 바가 있습니다. 또한, 본 연구팀은 이런 기술을 신경세포에 국한하지 않고, 심근세포 (Cardiomyocyte) 및 조골세포 (Osteoblasts) 등 다양한 세포로 확대 적용하여 특정 질환에 최적의 맞춤형 세포치료제로 활용할 수 있는 연구를 진행 중입니다.

사이언스타임즈 바로가기