자기공명영상 기반 생체 내 줄기세포 모니터링 기술 개발

의대 허용민 교수(영상의학)

의대 허용민 교수(영상의학)팀이 한국생명공학연구원바이오나노연구센터 임은경 박사팀, 화공생명공학과 함승주 교수팀과 자기공명영상(MRI)을 활용해 체내에 주입한 유도만능 줄기세포의 도달, 분화 과정을 모니터링하는 기술을 개발했다. 연구는 ‘Biosensors and Bioelectronics(IF 10.257)’에 게재됐다.

성체줄기세포의 제한된 증식과 낮은 이동 효율을 극복하기 위해 유도만능줄기세포를 주입해 효율을 높이는 연구가 진행되고 있다. 하지만 유도만능줄기세포가 표적 조직에 도달하는 효율이 1~2%로 낮다는 점에서 많은 연구가 요구돼 왔다.

연구팀은 줄기세포 표적 항-인간 인테그린 β1 항체를 사용해 전임상 수준에서 생체 내 전달된 줄기세포를 모니터링하는 새로운 전략을 제안했다. 연구팀은 중공 구조(MnOHo)의 망간 기반 자기 나노 입자를 이용해 항 인간 인테그린 β1 항체(MnOHo-Ab)를 제조했다. 이를 바탕으로 MRI를 이용해 전임상에서 이식된 인간 줄기세포의 최소 침습적 모니터링 방법을 개발했다.

연구팀은 정맥에 주사된 ‘인테그린 β1-망간나노 입자’가 마우스 고환(testis)으로 전달돼 다양한 계통으로 분화된 인간 유도 만능 줄기세포(hiPSC)에 대한 모니터링이 가능함을 확인했다. 개발된 기술은 주입된 인간 줄기세포가 표적 부위로 이동 및 이식이 잘 됐는지 보여준다. 

개발된 나노입자의 10mM 농도에서 생체 외 MR 신호비교 결과 마우스세포(22.2%)에 비해 인간줄기세포(223.0%)가 높게 나타났으며, 생체 내 비교를 위한 마우스테라토마 모델에서 정맥 주사 주입 2시간 후에 주입 전보다 54.2% 신호 강도(signal intensity)가 높아졌다.

전임상 단계에서 이식된 줄기세포를 모니터링하기 위해 줄기세포 변형이 필요한 일반적인 접근법과 달리 MnOHo-Ab는 세포 변형없이 대부분 유형의 인간 줄기세포의 이식 및 조직 재생을 모니터링하는 데 적용될 수 있다는 장점이 있다.