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약해진 심장을 계속 뛰게 하는 반창고 개발

근육 세포로 만든 이식 패치는 질병에 걸린 심장 조직을 대체할 수 있다.


줄기세포에서 성장한 조직 패치는 앞으로 심각한 심부전 환자를 도울 수 있을 것이다. 이 "심장 패치"는 손상된 심장 근육을 회복하고 강화한다. 연구자들이 "네이처"에 보고한 바에 따르면, 조직 패치는 이미 원숭이와 한 명의 사람에게 성공적으로 사용됐으며 원치 않는 부작용이 나타나지 않았다. 줄기세포 기반 조직 임플란트는 현재 진행 중인 임상연구를 통해 추가 테스트될 예정이다.


▲ 심장 패치는 콜라겐 하이드로젤에 유도 다능성 줄기 세포에서 유래한 심장 근육과 결합 조직 세포로 만들어졌다. © umg/eva meyer-besting


심부전은 전 세계적으로 가장 흔한 사망 원인 중 하나다. 지금까지 의사들은 약해진 심장을 계속 뛰게 하는 방법이 거의 없었고, 진행된 심부전은 치료할 수 없었다. 또한 감염된 환자에게 이식할 수 있는 기증 심장이 부족하고, 이식을 위해서는 면역 체계가 영구적으로 억제되어야 한다. 인공심장과 심장펌프도 희귀하고 비싸다.


가능한 대안은 손상된 심장 근육을 복구하고 심부전을 치료하기 위해 심장 근육 세포를 환자에게 이식하는 것이다. 환자의 세포로부터 이러한 줄기세포를 얻는다면 이물질 조직에 대한 거부 반응 문제도 피할 수 있다. 하지만 지금까지 이러한 접근 방식은 거의 성공하지 못했으며, 심장 부정맥이나 심장 종양과 같은 심각한 부작용을 일으키기도 했다.


근육과 결합 조직으로 만든 석고


괴팅겐 대학 의료 센터의 아마드-파와드 제브란이 이끄는 팀은 이제 이 방법을 더욱 발전시켰다. 이를 위해 연구진은 성체 세포에서 배양한 다능성 줄기세포를 사용했는데, 이는 이론적으로 모든 유형의 신체 세포로 발달할 수 있다. 제브란과 그의 동료들은 특수 영양 용액과 메신저 물질을 사용해 이러한 줄기세포를 "프로그래밍"하여 심장 근육 세포와 결합 조직 세포로 성장시켰다.


의사들은 이러한 세포와 ​​콜라겐 하이드로젤을 이용해 손상된 조직을 대체하기 위해 석고처럼 심장에 붙일 수 있는 조직 조각을 만들어냈다. 하나의 심장패치에는 4천만~2억 개의 세포가 들어있다. 그런 다음 제브란과 그의 동료들은 이 패치가 14마리의 리서스원숭이와 1명의 사람의 질병에 걸린 심장에 얼마나 도움이 되는지를 시험했다.



조직 패치는 심장 성능을 향상시킨다.


심장 패치를 적용한 지 3~6개월 만에 원숭이의 심장벽이 눈에 띄게 두꺼워졌다는 사실이 드러났다. 이는 이식된 조직이 심장 근육을 형성했다는 것을 나타낸다고 연구팀은 설명했다. 그 효과는 심장 기능에서도 명백했다. 패치로 인해 심장이 더 잘 수축했다. 이로 인해 원숭이의 심장 기능과 펌핑 성능이 전반적으로 향상되었다.


연구원들이 발견한 바와 같이, 이전 접근 방식과는 달리 이 패치를 사용하면 이식된 조직 세포가 장기간 심장에 남아 있었다. 최소한 면역 체계가 약물에 의해 억제되는 한은 그렇다. 또한 부정맥이나 종양과 같은 부작용은 관찰되지 않았다. "우리는 동물 모델에서 심장 패치 이식이 심부전의 경우 심장 근육을 영구적으로 재건하는 데 적합하다는 것을 보여줄 수 있었다"고 괴팅겐 대학의 수석 저자 Wolfram-Hubertus Zimmermann이 말했다.


▲ a, 진료 시점의 EHM 조립 도구에는 표준 수술 도구와 함께 맞춤형 3D 인쇄 (i) 삽, (ii) 포크, (iii) EHM 취급 및 (iv) TachoSil™ 멤브레인에서의 위치 조정을 위한 조립 장치가 포함. b, 운반 용기에서 홀더와 함께 EHM을 제거. c, 3D 인쇄 포크로 홀더에서 EHM을 들어올린다. d, 포크에 있는 EHM(왼쪽)과 EHM 홀더에서 제거한 후 자유롭게 떠 있는(오른쪽)(가운데). e, 조립 장치에 있는 2개의 EHM 스택. f, 이식을 위해 심장흉부외과 의사에게 인계하기 전에 TachoSil™ 멤브레인에 봉합된 2개의 EHM (출처:관련논문 Published: 29 January 2025 / Engineered heart muscle allografts for heart repair in primates and humans / nature)


인간의 심장에도 효과적


근육 조직으로 만든 패치는 최초의 인간 심장에도 도움이 되는 것으로 밝혀졌다. 제브란과 그의 팀은 진행 중인 임상 시험의 일환으로, 외래 인간 다능성 줄기세포에서 성장한 조직 조각을 말기 심부전을 앓고 있는 한 남성에게 이식했다. 실제로 이 패치는 그의 심장이 새로운 근육을 발달시키고 더 많은 힘을 되찾는 데 도움이 되었다고 연구팀은 보고했다.


짐머만은 "우리의 연구는 심장근 재건을 통한 심장근 회복이 인간에게도 가능하다는 것을 처음으로 입증했다"고 말했다. “우리는 처음으로 인간의 심장에서 실제 심장근의 구조를 관찰할 수 있었다. 성공적인 치료는 우리가 심장 패치를 올바른 방향으로 가고 있음을 보여준다"고 괴팅겐 대학 의료 센터의 공동 저자인 잉고 쿠츠카가 말했다.


임상연구가 이미 진행 중


이러한 결과는 이제 임상연구 과정에서 검증되고 추가 테스트될 예정이다. 줄기세포에서 성장한 조직 패치가 심부전에 얼마나 효과적인지 보여주고자 한다. 총 53명의 참가자가 계획되어 있다. 이미 치료를 받고 있는 15명의 환자의 초기 데이터는 2025년 말까지 나올 것으로 예상된다.


만약 결과가 계속해서 긍정적이라면 이전에는 치료할 수 없었던 심부전 치료에 새로운 가능성이 열릴 수 있다. 연구팀은 앞으로 심각한 심부전 환자가 심장 박동 조절기나 기증 심장을 받는 대신 이러한 심장 패치를 영구적으로 이식할 수 있을 것이라고 밝혔다.

(Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-024-08463-0)

출처: Nature, Universitätsmedizin Göttingen

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