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산업 MRC, 줄기세포 탑재한 마이크로로봇으로 무릎연골재생 첫 성공
메디컬투데이 김민준 기자
입력일 : 2020-02-18 06:55:11
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생체 내 치료과정과 효과, 동물 실험으로 입증
▲ 줄기세포 탑재 마이크로로봇을 이용한 무릎 연골 재생 시술 개념도 (사진= 한국마이크로의료로봇연구원 제공)

[메디컬투데이 김민준 기자]

국내 공동 연구진이 세계 최초로 '스템셀 내비게이터'의 동물 실험을 성공시켰다.

한국마이크로의료로봇연구원(MRC)은 공동연구진이 '스템셀 내비게이터'(Stem cell navigator)를 이용해 손상된 무릎 연골을 재생하는 동물(토끼) 실험에 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.

최근 퇴행성관절염의 진행을 늦추고 무릎인공관절수술을 피할 수 있는 방법으로 환자에게서 추출한 성체줄기세포, 연골세포와 같은 ‘자가 유래세포’를 무릎 연골에 이식 및 주입하는 방식으로 치료가 이뤄지고 있다.

그러나 이런 세포 기반의 치료법은 주입된 세포가 스스로 움직이는 능력이 없어 윤활액 내 주사를 통한 기존의 세포 주입법이 이용되는데, 이는 많은 양의 세포가 필요하며 무릎 절개를 통한 침습적 시술을 해야 하는 부담이 있다.

이를 해결하고자 연구팀은 동물 골수에서 유래한 성체줄기세포를 탑재할 수 있는 ‘스템 셀 네비게이터’ 개발을 주도해왔다.

이 연구는 생분해가 가능한 다공성 마이크로구조체의 표면에 직경 1.5μm의 자성입자들을 부착한 직경 350μm의 줄기세포 탑재용 마이크로로봇을 제작해 사람의 지방에서 유래한 줄기세포를 탑재하여 손상된 연골 부위로 정밀하게 전달·이식하는 것으로, 전달·이식된 줄기세포는 연골세포로 분화돼 무릎 연골 재생 효과를 극대화할 수 있다.

마이크로로봇 표면의 자성 마이크로입자는 미국 식약청(FDA)의 허가를 받은 자성 나노입자로, 생분해성 고분자로 이뤄졌으며 외부 자기장에 반응해 마이크로로봇을 손상된 연골로 정밀하게 전달하고 환부에 안정적으로 고정하는 역할을 한다.

특히 마이크로로봇의 ‘다공성’ 구조는 많은 수의 줄기세포 탑재와 원활한 영양분 공급이 가능하며, 생분해성 재료로 이루어져 체내에서 서서히 분해된다.

이 연구는 2017년 MRC로부터 해당 원천기술(‘스템셀 네비게이터’)을 Biot Korea에 기술 이전한 이후 산·학·연·병 기술협력을 통해 약 2년 만에 이룬 성과로, 현재의 줄기세포 기반 무릎 연골 재생법을 넘어 마이크로의료로봇을 통한 재생 및 치료 효과를 최초로 확인했다는 데 의의가 있다.

나아가 무릎 연골 시술 절차와 상황에 맞게 설계·제작된 ‘스템 셀 네비게이터 플랫폼’을 동물실험에 적용해 연골 재생 효과를 실제로 검증한 건 이번이 처음이다.

연구진은 “실험실 수준에서 머물렀던 지금까지의 마이크로의료로봇 연구들과 달리 생체 내 질환 치료가 가능함을 보여준 첫 사례”라며, “무릎 연골 재생 뿐만 아니라 향후 다른 질환의 치료에도 적용 가능할 것이라고 본다.”라고 설명했다.

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이어 “줄기세포 탑재 마이크로의료로봇을 이용한 치료는 기존 줄기세포 관절내 주입술의 낮은 효율의 한계를 극복할 수 있는 획기적인 치료법이 될 수 있을 것”이며 “의약품과 의료기기가 융합된 융복합 의료기기인 본 스템 셀 네비게이터는 임상진입까지는 많은 난관이 남아 있지만 산·학·연·병 간 협력과 2019년 출범된 식품의약품안전처의 융복합혁신제품지원단의 지원을 통해 임상 진입에 박차를 가할 계획”이라고 밝혔다.

한편 이 연구는 연구원과 원천 기술을 이전받은 바이오트 코리아, 전남대 기계공학부, 전남대병원 정형외과 및 영상의학과 등이 참여했으며 전 과정을 세포 및 동물실험(토끼)을 통해 검증한 것으로, 세계적인 국제 과학학술지 사이언스(Science)의 자매지로 로봇연구분야에서 최고의 국제학술지인 ‘사이언스 로보틱스(Science Robotics)’에 1월 22일자로 게재됐다.  
메디컬투데이 김민준 기자(kmj6339@mdtoday.co.kr)
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