가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단, 멜라토닌과 mRNA

동시 탑재 지질나노입자로 폐섬유증 세포치료 효과 확인

- mRNA 전달 효율과 중간엽줄기세포 항산화 기능 높여 폐섬유화 억제 효과 확인 -

  가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 합성생물학사업단장 구희범 교수(의생명과학교실, 교신저자)와 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 박지선 박사(공동 제1저자), 조보빈 연구원(공동 제1저자) 연구팀이 멜라토닌과 NRF2 mRNA를 함께 탑재한 지질나노입자(LNP)를 이용해 중간엽줄기세포(MSC)의 항산화·항섬유화 기능을 강화하는 기술을 개발했다.

  중간엽줄기세포는 조직 재생과 면역조절 특성을 가지고 있어 폐섬유증 치료 후보로 주목받고 있다. 그러나 열악한 미세환경에서는 치료 기능 특성을 유지하기 어렵다는 한계가 있었다. 이에 줄기세포의 항산화 능력을 강화하기 위해 mRNA를 분해로부터 보호하고 세포 내 전달을 돕는 지질나노입자(LNP)를 활용할 수 있다.

  폐섬유증은 폐 조직에서 산화 스트레스가 지속되고 세포외기질이 과도하게 축적되면서 폐 조직이 점차 딱딱하게 굳는 질환이다. 기존 항섬유화 치료제가 질환의 진행을 늦출 수 있지만, 치료 효과에는 여전히 한계가 있는 제한적인 상황이다.

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

  특히 이번 연구에서는 멜라토닌이 지질나노입자(LNP)의 물리적 성질을 조절해 mRNA의 세포 내 전달 효율까지 높인다는 사실을 확인했다. 구 교수 연구팀은 멜라토닌이 기존의 항산화 작용에 더해 지질나노입자(LNP) 막의 유동성을 높이고, 엔도솜(endosome)의 탈출을 촉진함으로써 mRNA 세포질로 보다 효과적으로 전달되도록 하는 것을 확인했다.

  그 결과, 지질나노입자(LNP)를 처리해 기능이 강화된 중간엽줄기세포(MSC)에서는 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.

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

  구희범 교수는 “이번 연구는 지질나노입자(LNP)를 이용한 효율적인 mRNA 전달을 통해 줄기세포의 치료 기능을 강화할 수 있다는 가능성을 보여준 연구”라며, “향후 다양한 기능강화 세포치료제 개발에 활용할 예정이다”고 밝혔다.

  이번 연구는 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단과 한국연구재단, 보건산업진흥원, 범부처재생의료기술개발사업 등의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 생체재료 분야 국제 학술지인 《Biomaterials》(IF=13.6)에 온라인 게재됐다.

[그림설명] 멜라토닌과 NRF2 mRNA 동시 탑재된 지질나노입자(LNP)를 통한 줄기세포 기능 강화 및 폐 섬유화 치료