▲ 출처 : 오하이오 주립 대학교 웩스너 메디컬 센터

피부 세포를 새로운 세포로 바꿔 주는 기술이 개발됐다고 <네이처 나노기술>이 7일(현지시간) 발표했다. 이 기술은 노화되거나 손상된 조직을 되살릴 수 있는 신기술이 될 것으로 보인다.

미 오하이오 주립대 웩스너 메디컬 센터가 개발한 조직나노트렌스펙션(TNT) 기술은 나노기술이 적용된 칩으로 피부 세포를 새로운 세포로 바꾸는 기술이다. 단추 크기의 소형 칩을 상처 부위에 부착한 후, 칩에 전류를 흘려보내면, 바깥 세포막에 일시적인 통로가 생긴다. 이 통로를 통해 미리 프로그래밍 된 DNA 또는 RNA를 살아있는 피부 세포에 안전하게 주입함으로써 피부 세포를 새롭게 바꾼다.

이 기술은 전기 자극을 활용하지만 위험하지는 않은 것으로 보인다. 해당 연구를 수행한 제임스 리 박사는 "나노이온소자의 전기 저항력이 커서 전류가 매우 낮을 수밖에 없으며, 그런 점에서 이 방법은 형질이 주입된 세포나 조직에 최소한의 침습성을 띠는 안전한 방법이다"라고 밝혔다. 리 박사는 오하이오 주립대 공과대학 화학생체분자공학과 교수다.

▲ 조직나노트렌스펙션의 원리

이 기술은 피부 세포를 곧바로 다른 세포로 전환시켰다는 점에서 기존 기술과 다소 다르다. 이 연구를 수행한 찬단 센 박사는 "피부는 죽어 가고 있는 모든 장기 세포를 재배할 수 있는 옥토다. 실제로 우리는 수십만 개의 뉴런을 쥐의 피부에 만들었다. 뉴런이 뇌에 이식될 때까지는 겨우 3~4주밖에 걸리지 않았다"라면서 피부 세포의 가능성을 강조했다. 센 박사는 해당 센터의 재생의료 및 세포치료 부문 총괄이다.

조직나노트렌스펙션은 쥐와 돼지 실험을 통해 검증을 거쳤다. 이 실험은 실험동물의 죽은 조직을 재생하는 실험으로, 연구진은 피부 세포를 부상당한 다리의 혈관 세포로 바꿔 혈액 순환을 가능하게 만드는 데 성공했다. 수술 1주 안에 혈관이 정상적으로 작동하고, 2주 안에 다리가 회복됐다. 피부 세포를 신경 세포로 바꾼 후 뇌에 삽입하는 '쥐 실험'도 성공적이었던 것으로 보인다.

이 연구에 활용된 전기천공법은 사실 새로운 기술은 아니다. 하지만 성공률이 낮은 전기천공법을 사용했음에도 높은 성공률을 보였다는 점에서 이번 연구는 기존 연구보다 한 걸음 더 나아간 것으로 보인다. 센 박사는 "대규모 전기천공법은 세포막 전체에 침투하게 만들 뿐 아니라, 세포의 가소성을 떨어뜨리는 세포골격에도 영향을 미친다. 반면 조직나노트렌스펙션 기술은 작은 통로를 여러 개 만드는데, 세포막 표면의 2%에만 영향을 줄 뿐만 아니라 세포 가소성을 억제하지도 않는다. 이 기술을 사용함으로써 형질주입 효율성 및 세포형질전환율이 98% 이상으로 나왔다"라고 말했다. 한편 전기천공법은 세포 안에 유전자를 도입하는 방법 중 하나로, 세포를 DNA용액에 현탁해 직류고전압의 펄스를 통과시킴으로써 도입하는 방식이다.

보도에 의하면 이 기술은 안전하고 즉각적으로 미리 프로그래밍 된 DNA 또는 RNA를 세포별로 전송할 수 있는 기술이라는 점에서 기존 기술과 다르다.

▲ 다양하게 활용될 조직나노트렌스펙션

이 기술은 당뇨와 탈모, 알츠하이머를 비롯한 각종 질병을 치료하는 신기술이 될 것으로 보인다. 리 박사는 "피부 기반 형질주입 기술은 잠재력이 많다. DNA 백신이라든지, 당뇨 환자 뉴런 재생 등이 있다. 또 머리카락 재생에도 적용될 수 있다"라고 말했다. 이어 "우리 연구진은 조직나노트렌스펙션을 근육 조직과 지방 조직에 사용하는 데 성공했다(흰색 지방 세포를 갈색 지방 세포로 바꿨다.). 피부나 수술 중의 조직이 아니더라도 다른 조직에 적용할 수 있을 것이다. 물론 형질주입이 가능하다는 전제 하에 그렇다"라고 말했다. 실제로 연구진은 실험 당시 쥐의 피부 세포를 인슐린 생성 세포로 전환시키는 데 성공했다.

연구진은 향후 1년 안에 임상 시험이 승인될 것으로 예상하고 있다. 또 해당 기술은 안전성과 효능을 검증하는 추가 실험이 필요한 것으로 보인다.