서울대병원 연구팀이 돼지 심낭을 이용한 이종조직판막 이식에서 발생하는 면역 거부 반응을 줄일 수 있는 새로운 이종 항원 제거 기술을 개발했다. 이번 연구는 이전의 서울대병원 연구팀이 Galα1-3Gal(α-Gal) 이종 항원을 제거한 데 이어, 이번에는 N-glycolylneuraminic acid(Neu5Gc)와 같은 non-Gal 항원도 효과적으로 제거하여 심장 조직 판막의 내구성을 개선하고, 이식 성공률을 높일 수 있는 중요한 성과로 평가된다. 이 기술은 기존의 탈세포화 방식이 가지고 있던 한계를 극복해 향후 심장판막이식 수술의 안전성과 효과를 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

서울대병원 의생명연구원 김소영 연구교수, 소아청소년과 김기범 교수, 소아흉부외과 임홍국 교수 연구팀은 돼지 심낭에서 면역 거부 반응을 일으키는 이종 항원을 제거하고, 그 안전성과 효율성을 평가한 연구 결과를 25일 발표했다.

▲ 김 소영 교수         김 기범 교수      임 홍국 교수

이종조직판막 이식은 사람의 장기 대신 동물 조직을 이식하는 방법으로, 특히 심장 시술 및 수술에 많이 사용된다. 그러나 동물 조직에는 인체 면역 체계가 이물질로 인식하는 이종 항원이 포함되어 있어, 이식 후 면역 반응이 발생하고 조직 손상, 염증, 석회화가 유발될 수 있다. 이로 인해 이식된 조직의 기능 저하나 이식 실패로 이어질 수 있다.

  연구팀은 이러한 면역 거부 반응의 주요 원인인 ‘α-Gal’과 ‘non-Gal’ 항원에 주목했다. α-Gal은 초급성 거부 반응을, non-Gal은 급성 거부 반응을 일으킨다. 기존의 탈세포화 기술은 주로 세포 성분을 제거하는 데 중점을 두었지만, 이러한 이종 항원들이 조직에 남아 있어 면역 반응을 완전히 억제하지 못하는 한계가 있었다.

  이를 해결하기 위해 연구팀은 저장성, 등장성 및 고장성 완충 용액을 사용한 다단계 방법을 개발하여 Sodium Dodecyl Sulfate와 Triton X-100을 사용해 돼지 심낭에서 세포 성분과 이종 항원을 조직학적 변화 없이 효과적으로 제거했다. 또한, Peptide N-Glycosidase F(PNGase-F) 효소를 활용해 농도에 따라 non-Gal 이종 항원 제거 효율을 강화했으며, 탈세포화와 함께 non-Gal 항원(Neu5Gc)을 현저히 제거하는 데 성공했다. 

 연구팀은 탈세포화 및 PNGase-F 처리를 거친 돼지 심낭에서 생체역학적 특성과 10종의 탄수화물 결합 렉틴(Jacalin, MALI, WGA, RCA, GSL, ECA, PNA, SBA, WFA, DSL)의 발현을 조사하여 non-Gal 이종 항원 제거 효율을 평가했다.

[그림] 탈세포화(Decell)와 결합된 PNGase F 처리에 의해 탄수화물 결합 렉틴 발현이 현저히 감소하여, non-Gal 이종 항원 제거 효율이 증가함(적색 발현이 현저히 감소함)
 

  그 결과, 연구팀의 PNGase-F 처리와 결합된 새로운 탈세포화 프로토콜은 생체역학적 안정성을 유지하면서 non-Gal 이종 항원을 현저히 제거하는 데 상승 효과가 있음을 입증했다.

  연구팀은 이번 연구가 항원 제거의 효율을 극대화하면서도 조직의 생체역학적 안정성을 유지했다는 점에서 큰 의미가 있다고 강조했다. 연구팀은 이미 α-Gal 제거 기술을 적용한 심장 조직 판막을 상용화한 바 있으며, 이번 연구를 통해 non-Gal 제거에도 성공함으로써 심장 조직 판막의 내구성을 더욱 개선할 수 있을 것으로 기대했다. 이를 통해 이종조직판막 이식의 성공 가능성을 높이고, 동물 조직을 활용한 심장판막이식의 안전성과 효과를 향상시킬 수 있을 것으로 보인다.

  임홍국 교수(소아흉부외과)는 “이번 연구는 이종조직판막 이식에서 발생하는 면역 거부 반응을 크게 줄일 수 있는 탈세포화 기술과 PNGase-F 처리를 결합하여 이종 항원을 효과적으로 제거하는 기술을 제시한 것”이라며 “추가 연구를 통해 이 기술이 실제 임상에서 환자들에게 도움이 될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

  이번 연구는 이건희 소아암·희귀질환 극복사업 재원으로 수행됐으며, 연구 결과는 ‘Journal of Biomedical Research & Environmental Sciences’ 최신호에 게재됐다.