줄기세포 이식 성공률 높일 '의외의 비결'…산소 농도였다

미국 연구진이 이식용 줄기세포의 기능과 생착률을 높이는 핵심 조건으로 '저산소 환경'을 제시해 주목된다.

19일(현지시간) 생명과학 전문 매체 에이조라이프사이언스(azolifesciences)에 따르면, 미국 인디애나대학교 멜빈 앤 브렌 사이먼 종합 암센터 연구팀은 인간 조혈모세포가 산소 농도에 매우 민감하며, 저산소 환경에서 배양 시 기능이 향상된다는 연구 결과를 국제 학술지 '루케미아'(Leukemia) 최신호에 발표했다.

이번 연구는 제임스 로파 교수, 매건 캐피타노 교수, 마크 캐플란 교수 등이 공동으로 주도했다. 연구팀은 기증받은 제대혈, 말초혈, 골수에서 얻은 인간 조혈모세포를 체내 환경과 유사한 다양한 산소 농도에서 배양하며 변화를 관찰했다.

체내 산소 농도는 골수에서 약 1% 수준이며, 혈액 속에서는 14%에 이른다. 연구 결과, 조혈모세포는 짧은 시간이라도 다른 산소 농도에 노출되자 세포의 행동 양상에 큰 변화를 보였다.

공동 저자인 로파 교수는 "세포들은 산소 농도 변화에 매우 민감하게 반응했다"며 "산소 분압에 따라 형성되는 세포군이 달라지는 등 분화 능력이 변했고, 증식 및 자가재생 능력, 그리고 가장 중요하게는 생체 내 생착 능력이 변화했다"고 설명했다.

실제로 연구팀이 저산소 환경에서 배양한 세포를 쥐 모델에 이식했을 때, 가장 낮은 산소 농도에서 자란 세포군이 비례적으로 가장 높은 생착률을 보였다. 이는 저산소 환경이 세포의 기능적 잠재력을 유지하는 데 유리하다는 점을 시사한다.

캐피타노 교수는 "연구나 임상 적용을 위해 세포를 채취하는 외부 공기의 산소 농도는 21%에 달한다"며 "이는 체내 최고 산소 농도인 17%보다 높아 세포에 스트레스를 주는데, 낮은 산소에서 배양된 세포는 스트레스가 적고 기능이 더 우수했다"고 밝혔다.

연구팀은 이번 발견이 줄기세포 이식뿐만 아니라 CAR-T 세포치료제와 같은 면역세포치료제, 유전자 치료 등 세포를 체외에서 배양해 환자에게 다시 주입하는 모든 치료법의 효능을 개선하는 데 기여할 것으로 기대했다. 캐플란 교수는 "산소는 세포의 운명을 결정하는 매우 중요한 환경 요인"이라고 강조했다.