전 세계적으로 인구의 고령화로 인해 가장 빈번하게 유발되는 퇴행성 질환인 연골질환의 치료를 위한 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 연골 조직은 노화에 따라 연골 두께와 연골세포 수의 감소 이외에 기질의 구성변화가 초래되며, 세포의 기능에도 변화가 유발된다. 또한, 특이하게 연골은 혈관, 신경 및 임파 조직이 없으므로 손상 후 스스로 재생이 불가능한 조직으로 알려져 있다.

이러한 연골질환의 치료를 위해서는 진통제, 스테로이드 또는 비스테로이드계 항염제 등과 같은 약물이나 히알루론산, 콜라겐 등과 같은 연골을 보할 수 있는 보조적인 물질을 이용하거나 인공관절 수술을 하는 것이 일반적이다. 그러나 위와 같은 약물이나 수술은 유지를 위해 도움을 주는데 한계가 있거나 나이, 알러지와 같은 환경에 대한 한계점이 있다.

따라서 최근에는 줄기세포를 이용하여 퇴행성 질환을 극복하고자 시도되고 있으나 그 효율이 높지 않다.또한 줄기세포를 연골세포로의 분화를 유도하는데 있어 많은 물질이 소요되고, 실제로 체내에 존재하는 줄기세포가 연골세포로의 분화에 있어 그 도움을 받는지 확인이 어렵다.

스마트셀랩의 본 특허는 시프로플록사신 및 성장인자를 포함하는 줄기세포로부터 연골전구세포로의 유도용 조성물에 관한 것이다.

본 특허의 실시예에서 줄기세포에 대한 시프로플록사신의 세포 독성을 확인한 결과, 6uM까지 처리되어도 세포독성이 나타나지 않음을 확인하였다(그림1).

[그림1] 시프로플록사신의 세포독성 확인결과

시프로플록사신을 이용하여 2차원 배양에서 중간엽 줄기세포의 연골세포로의 분화를 유도한 결과, 연골세포로의 유도에 따라 세포가 밀집되는 성상을 확인하였으며 Sox9에 의존적으로 나타나는 알시안블루(Alcian blue) 염색이 전체적으로 된 것을 확인할 수 있었다(그림2a).

또한, 3차원 배양에서 중간엽 줄기세포의 연골세포로의 분화를 유도한 결과, 연골세포로의 유도에 따라 세포가 밀집되어 조직과 같은 성상을 확인하였으며 Sox9에 의존적으로 나타나는 알시안블루(Alcian blue) 염색이 전체적으로 된 것을 확인할 수 있었다(그림2b).

[그림2] 줄기세포의 연골세포로의 분화유도 용도 중 세포의 성상 및 단백질의 변화

시프로플록사신을 이용한 연골전구세포 유도한 결과, 시프로플록사신을 포함하는 조성물로부터 줄기세포가 연골전구세포로 유도됨을 확인하였으며, 유도된 연골전구세포의 세포 성상(그림3a)을 확인하고, 핵형분석(그림3b)을 진행하여 세포의 유전적 변이가 일어나지 않음을 확인하였다.

[그림3] 시프로플록사신에 의해 유도된 연골전구세포의 성상 및 핵형분석 결과

시프로플록사신으로 유도한 연골전구세포와 줄기세포의 연골분화능을 비교한 결과, 대조군에서 초기 마커인 SOX9의 경우 연골전구세포는 기본적으로 줄기세포 대비 약 20배 이상을 발현함을 확인하였다. 그러나, 분화를 유도함에 따라 그 값이 감소하는 패턴 역시 줄기세포는 지속적으로 초기 마커만이 증가하고 있음을 확인하였다(그림4a).

이후 연골세포의 조직화에 따라 기질(matrix)을 구성하는 요소인 COMP는 연골전구세포에서 SOX9이 감소함에 따라 증가하지만 줄기세포의 경우 오히려 분화유도 초기에 증가했다가 감소함을 확인하였다(그림4b).

[그림4] 연골전구세포와 줄기세포의 연골분화능을 비교한 결과

이로 인하여 연골전구세포를 연골세포 치료에 적용할 경우, 줄기세포를 이용하여 연골세포 치료를 진행할 경우나타나고 있는 문제점인 연골비대화(SOX9의 기하급수적인 증가로 인해 유도됨)와 유리연골의 부재(COMP 등 연골을 단단하게 하는 Col2의 부재) 등을 해결할 수 있다.

다음으로, 연골전구세포와 줄기세포의 연골세포 재생능을 비교하였다. 연골세포에 염증반응을 유도한 후 일부 구역을 훼손하여 줄기세포와 연골전구세포를 처리하여 연골세포가 재생되는 영역을 비교했을 때 정상적인 연골세포의 경우 약 61%의 재생을 보였으나, 염증이 유발된 연골세포는 24% 재생되었다. 또한, 줄기세포와 연골전구세포 처리군은 약 47% 이상의 재생능을 보였으며, 특히 줄기세포 처리군은 약 47%, 연골전구세포 처리군은 약 89%의 재생능을 보였다(그림5).

[그림5] 연골전구세포와 줄기세포의 연골세포 재생능 비교

즉, 줄기세포 대비 연골전구세포의 연골세포 재생능이 우수함을 알 수 있다.

2020년 8월 첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 안전 및 지원에 관한 법률(이하 ‘첨단재생바이오법’) 시행규칙을 확정하고, 이날 공포해 시행했다. 이에 따라 이 법에 기반하여 세포치료제 상용화에 속도가 붙을 것으로 예상된다. 세포치료제는 자가·동종·이종 세포를 체외에서 배양·증식·선별하는 등 물리·화학·생물학적 방법으로 조작해 제조하는 의약품을 의미한다. 세포 치료제는 손상된 신체 부위를 재생하여 회복하는 것을 목표로 하여 화학합성의약품보다 근본적인 치료 효과를 보일 것으로 전망된다.

스마트셀랩의 본 특허에 따른 연골전구세포는 줄기세포와 연골세포의 특성을 동시에 보유하는 질환 타깃 줄기세포로 기존의 줄기세포치료제 대비 우수한 유도능과 복제능으로 뛰어나며, 1회 투여형 주사제 방식으로 개발되고 있다. 스마트셀랩은 연골전구세포 치료제의 임상시험을 진행할 예정이다. 스마트셀랩의 본 특허를 활용한 환자 편의성이 높은 혁신 관절염 치료제 개발이 기대된다.

특허법인 ECM

변리사 최자영

jychoi@ecmpatent.com

02-568-2675

참조

스마트셀랩, ‘줄기세포, 연골전구세포 분화 기술’ 특허 등록, The Yakup,2021년 10월 8일

연골 만들어내는 세포치료제, 관절염 완치 시대 여나, 중앙일보, 2020년 8월 28일