유전자 교정된 환자유래 iPS세포 기반 혈우병 치료 가능성 확인

의대 김동욱 교수팀(생리학)

의대 김동욱 교수팀(생리학)은 고려대 김종훈 교수팀과 공동으로 F8 유전자를 교정한 환자 유래 iPS세포(역분화 줄기세포)를 기반으로 한 2D 혈관내피와 3D 오가노이드의 이식을 통해 혈우병 동물 모델에서 세포 치료의 유효성을 확인했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오매터리얼즈(Biomaterials, IF 12.479)’ 최신호에 게재됐다.

혈우병은 희귀 유전질환으로 근본적인 치료제가 없는 실정이다. 재조합 응고인자 단백질 제재가 처방되지만 반감기가 짧아 주사를 빈번하게 맞아야 하는 불편함이 있다. 또 AAV 기반 유전자 치료제가 현재 임상 연구 중이지만 안전성 문제 등 해결해야 할 과제가 많다.

유전가 가위로 F8 유전자를 교정한 환자 유래 iPS세포를 기반으로 한 세포치료제 경우에는 자가 세포치료제로 개발할 수 있어 면역거부 문제로부터 자유롭고 교정한 치료 유전자가 계속 발현해 근본적인 치료가 가능하다는 장점이 있다. 하지만 세포치료제 연구에서 동물 모델의 전임상 유효성은 단기간 수준으로만 평가돼 왔다. 이는 치료 단백질을 생산해 내는 혈관내피세포가 질적, 양적인 면에서 충분하지 않았다는 것을 간접적으로 보여준다. 

이번 연구에서는 유전자 교정한 iPS세포로부터 혈관내피세포로의 분화 프로토콜 확립 및 표면 마커 단백질을 활용한 순수 분리법을 개발하고 치료 유효성을 장기간 유지하기 위한 최적 세포수를 밝혔다. 또 2차원적인 혈관내피세포 이외에 3차원적 다세포 오가노이드를 동물 모델에 이식해 치료 유효성을 평가했다.

혈관내피세포 전구세포는 미분화 iPS세포로부터 분화를 시작한 후 중배엽을 거쳐 얻을 수 있다. 분화 세포군에서 CD31 양성 세포를 분리하면 질적으로 우수한 혈관내피세포 전구세포를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 고효율로 혈관내피세포를 생산할 수 있다. 

이식 세포수에 따른 치료 유효성을 분석하기 위해 여러 그룹의 CD31 양성 혈관내피세포를 마우스 모델 대퇴부에 이식을 한 후 2주째 테일-클립 분석을 실시한 결과 400만 개 이식 실험군에서 출혈시간이 유의하게 짧아졌다. 인위적인 출혈을 발생시킨 후 마우스의 생존율을 분석한 결과 400만 개 이식 실험군의 생존율은 90%까지 증가했다. 400만 개 이식시 혈중 F8 단백질의 활성이 정상 수준의 17% 정도로 유지됐다. 중증 환자 단백질 활성의 경우 정상 수준의 1% 미만이다. 또 이식된 세포가 이식 후 100일째까지 이식된 부위에서 장기간 생존하고 있었다. 

이와 함께, 유전자 교정된 줄기세포로부터 간 오가노이드를 제작해 이식을 한 경우에도 대조군에 비해 출혈 시간이 짧아지고 출혈 발생시 마우스의 생존율이 유의하게 증가하는 등 치료 유효성이 확인됐다.