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역노화 효과 및 역노화에 따른 피부 섬유아 세포의 기능회복 유도
화학공학/고분자공학부 방석호 교수 · 현지유 연구원
성균관대학교 화학공학부 방석호 교수 연구팀은 특수 조건이 적용된 적색광을 조사한 인간 지방 유래 줄기세포에서 추출한 나노베지클 (R-NV)을 활용하여 노화된 피부 섬유아세포의 기능을 젊은 세포의 수준으로 반전시키는 기술을 개발했다. 이 연구는 피부 노화 방지와 상처 치유 분야에서 기존 치료법의 한계를 극복하고, 치료의 유효성을 향상시킬 수 있어, 재생 의학 및 바이오 기술 산업에 새로운 가능성을 제시하였다.
이번 연구는 특수 조건의 적색광 조사가 기존 나노베지클 생산법에 용이하게 접목될 수 있음을 보임과 동시에 나노베지클이 피부 재생 및 치료의 유효성을 세포 역노화에 기초하여 향상시킬 수 있음을 입증했다. 연구 결과는 약학 분야의 저명 학술지인 Journal of Controlled Release (IF: 10.5, JCR: 3.2%)에 2024년 3월 온라인 게재되었다.
피부 섬유아세포는 피부의 탄력과 치료능력을 유지하는데 중요한 역할을 하지만, 세포 노화가 진행됨에 따라, 섬유아세포의 이동, 증식, 상처 치유능력이 감소한다. 이러한 현상은 만성 상처와 같은 난치성 피부 질환의 주요 원인으로도 일컬어지다. 이를 극복하기 위해 방석호 교수 연구팀은 줄기세포 유래 나노베지클을 이용한 새로운 접근법을 제안했다.
연구결과, 연구팀은 특수 조건의 적색광(630nm) 조사가 줄기세포 내 스템니스(stemness) 인자, 혈관생성 관련 mRNA/단백질, 그리고 역노화(Rejuvenation) 관련 miRNA를 증가시킨다는 사실을 확인했다. 적색광 조사를 통해 생성된 나노베지클(R-NV)는 기존 나노베지클보다 월등히 높은 치료 효과를 발휘하였으며, R-NV가 처리된 노화 섬유아세포의 이동성과 증식성이 젊은 세포 수준으로 회복됨이 확인되었다. 이는 적색광 조사 기반 광생물학 기법이 나노베지클의 치료능을 향상시키는 것에 기여할 수 있음을 보임과 동시에, 노화된 세포를 재활용하여 재생 치료제의 효율을 높인다는 의미를 가진다. 동물 실험 결과를 통해, R-NV가 처리한 섬유아세포는 기존 나노베지클을 처리한 세포나 젊은 섬유아세포에 비해 빠르고 효율적인 상처 치유 효과를 보였다.
광생물 조절기법을 통해 치료능이 향상된 나노베지클은 인간 지방에서 쉽게 추출 가능한 줄기세포를 이용해 경제적이며, 외부 물질이나 화학 약품의 개입 없이도 특수 조건의 적색광을 이용해 간편하고 효과적인 치료효율가 가능하다. 또한 적색광 조사는 기존 세포 배양 시스템 및 나노베지클 생산단계에 손쉽게 적용될 수 있어 치료제 생산에 대한 새로운 플랫폼을 제시했다. 방석호 교수 연구팀은 향후 R-NV가 조직 재생, 노화 방지, 상처 치유라는 장점을 통해 다양한 방식으로 바이오 의약품 및 화장품 산업에 접목되어 새로운 혁신을 가져올 것으로 예상하였다. 또한 현재 임상에서 사용되는 섬유아세포 기반 치료법이 환자 본인의 세포를 사용하는 자가치료 방식에 제한되어 있음에도 불구하고, 자연 노화로 인해 섬유아세포의 치료 효능 자체가 감소하는 등의 문제가 존재하는데, 연구팀이 개발한 R-NV 기술이 노화된 섬유아세포의 기능 회복을 촉진하여 치료 효율을 크게 높임으로써 해당 문제 해결에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
논문명: Fibroblast function recovery through rejuvenation effect of nanovesicles extracted from human adipose-derived stem cells irradiated with red light
주저자: 현지유 박사(1저자), 방석호 교수(교신저자)