서울대·연세대 연구팀, mRNA-LNP로 야마나카 인자 간에 전달
간세포, 줄기세포 유사 상태로 전환…생존율·간 기능 회복 확인

연구 모식도. 한국연구재단

코로나19 백신에 활용된 메신저 리보핵산(mRNA) 전달 기술을 이용해 성숙한 간세포의 재생 능력을 일시적으로 되살리고 손상된 간의 회복을 촉진하는 기술이 개발됐다.

이를 통해 필요한 장기에서 환자 자신의 세포를 재생세포로 일시적으로 전환하는 치료 전략으로 발전시킬 수 있을 것으로 연구팀은 내다봤다.

3일 한국연구재단에 따르면 서울대 차혁진 교수와 연세대 조승우·홍승희 교수 연구팀은 mRNA-LNP 기술을 활용해 야마나카 인자(OSKM)를 간에 일시적으로 전달하고, 성숙한 간세포를 줄기세포와 유사한 재생 상태로 전환하는 데 성공했다.

mRNA-LNP는 유전 정보를 담은 mRNA를 지질 성분의 미세한 입자에 넣어 세포 안으로 전달하는 기술이다. 코로나19 mRNA 백신에도 활용된 방식이다.

야마나카 인자(OSKM)는 OCT4·SOX2·KLF4·c-MYC 등 4개 인자를 말한다. 성숙한 세포의 상태를 초기화하는 강력한 리프로그래밍 인자로, 야마나카 신야 교수가 2006년 발견했으며 2012년 노벨 생리의학상을 받았다.

연구팀은 이 기술을 간세포의 ‘부분 리프로그래밍’에 적용했다. 세포를 완전히 초기화해 줄기세포로 만드는 대신 야마나카 인자를 짧은 시간만 작동시켜 재생 능력을 일시적으로 되살리는 방식이다.

급성 간부전은 간세포가 급격히 손상되는 질환으로, 현재는 간 이식이 가장 확실한 치료법으로 꼽히지만 공여 장기 부족 등의 한계가 있다. 줄기세포 이식 역시 면역 거부 반응과 종양 발생 위험, 복잡한 제조 과정 등의 문제가 있다.

연구팀은 특히 야마나카 인자를 장기간 전신에서 발현할 경우 종양 등 안전성 문제가 발생할 수 있다는 점에 주목했다. 이에 필요한 장기에만 인자를 전달하고 짧은 시간 동안 작동시키는 방법을 개발했다.

연구팀이 개발한 LNP는 정맥주사 한 번으로 전달된 mRNA의 대부분을 간에 집중시켰다. 세포에 들어간 mRNA는 야마나카 인자를 만들고 약 12시간 안에 자연적으로 분해돼 인자의 발현 기간도 일시적으로 제한됐다.

야마나카 인자가 간에서 일시적으로 발현되자 성숙한 간세포는 줄기세포와 유사한 ‘간 전구세포’ 상태로 전환됐다.

단일세포 분석에서는 이렇게 만들어진 간 전구세포 일부가 실제 간 손상 과정에서 자연적으로 나타나는 재생성 세포와 유사한 특성을 보이는 것으로 확인됐다.

급성 간 손상 동물모델에 야마나카 인자를 담은 mRNA를 한 차례 투여한 결과 생존율이 높아지고 간 괴사와 세포 사멸이 감소했으며, 간 기능 회복도 촉진됐다고 연구팀은 설명했다.

차혁진 교수는 “OSKM은 흔히 노화 역전 기술로 알려져 있지만 이번 연구에서는 성숙한 간세포를 일시적으로 재생 가능한 상태로 되돌리는 데 활용했다”며 “궁극적으로는 필요한 장기에서 환자 자신의 세포를 재생세포로 일시적으로 전환하는 치료 전략으로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

다만 이번 연구는 동물실험을 중심으로 진행된 만큼 현재 결과만으로 사람에게 같은 효과가 나타난다고 단정할 수는 없다. 향후 실제 치료에 적용하기 위해서는 전달 효율과 안전성, 종양 발생 가능성 등에 대한 추가 연구가 필요하다.

이승구 온라인뉴스 기자 [e-mail]