| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구과제는 안전성이 검증된 무이종 배양법을 이용, 임상적 실용성이 개선된 기능성 동/정맥형 혈관줄기세포를 확보, 최첨단 나노신소재인 다공성 실리카 나노입자를 활용한 치료물질 전달 기술을 접목하여 높은 항 혈전성 및 내구성, 생체 적합성을 지닌 바이오혈관 이식체 개발을 목표로 하며 궁극적으로는 기존 인공혈관이 가지는 한계점을 극복함으로써 생체 혈관의 대체가 가능한 세포 내재형 바이오혈관 이식체 개발의 원천기술을 확보하고자 함. ○ 전체 내용 1) 세포 및 약물 내재형 바이오잉크 제작 및 최적화 - 임상등급의 동/정맥형 혈관줄기세포 확보 및 평활근세포 배양법 최적화 - 혈관의 각 레이어별 기능 극대화를 위한 생체재료 기반 바이오잉크 제조 조건 최적화 - 라파마이신 처리 농도, 다공성 실리카 나노입자(SMB)내 봉입 조건 최적화 2) 세포 및 약물 내재형 3D 인공동맥혈관 제작 및 체내/외 유효성 검증 - 2중 레이어로 구성된 약물 방출형 3D 인공동맥혈관 이식체 제작 및 조직화 검증 - 3D 인공동맥혈관의 생물·물리화학적 평가를 통한 세포 지속성 및 유효성 검증 - 3D 인공동맥혈관 이식체의 라파마이신 방출 용량 및 지속성 평가 3) 3D 인공동맥혈관의 체내 안전성 및 유효성 검증 - 표준 면역억제 프로토콜 확보 및 내경동맥 출혈 유도 동물 모델 내, 이식기술 최적화 - 혈관 개존성, 내벽 내피세포화, 중막 평활근 조직형성 평가를 통한 안전성·유효성 검증 4) 유도만능줄기세포(iPSC) 유래 혈관내피세포를 이용한 자가 세포 활용 기반 마련 - iPSC 유래, 고효율·고순도의 혈관내피세포 분화·배양 기술 개발 연구 ○ 1단계 ● 목표 1차 연도 - 바이오혈관 제작용 기능성 동/정맥형 혈관줄기세포 및 평활근세포 확보 - 평활근세포의 과다 증식 억제를 위한 라파마이신 농도 최적화 - 생체재료 기반 바이오잉크의 각 세포 적합 농도 조건 최적화를 통한 제조 조건 수립 2차 연도 - 라파마이신/스타틴이 봉입된 다공성 실리카 나노입자(SMB) 내재형 바이오잉크 제조 - 2중 레이어로 구성 된 바이오혈관 3D 프린팅 공정 수립 - 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관 프로토타입 제작 3차 연도 - 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관의 조직화 및 약물 방출 평가 - 인공동맥혈관의 물리화학적 특성 및 성능 평가 [위탁기관 & 공동기관 협업] - 인공혈관 이식 동물모델 제작 및 평가 기준 확립 [공동기관 협업] ● 내용 1차 연도 - 바이오혈관 제작용 기능성 동/정맥형 혈관줄기세포 및 평활근세포 확보 - 평활근세포의 과다 증식 억제를 위한 라파마이신 농도 최적화 - 생체재료 기반 바이오잉크의 각 세포 적합 농도 조건 최적화를 통한 제조 조건 수립 2차 연도 - 라파마이신/스타틴이 봉입된 다공성 실리카 나노입자(SMB) 내재형 바이오잉크 제조 - 2중 레이어로 구성 된 바이오혈관 3D 프린팅 공정 수립 - 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관 프로토타입 제작 3차 연도 - 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관의 조직화 및 약물 방출 평가 - 인공동맥혈관의 물리화학적 특성 및 성능 평가 [위탁기관 & 공동기관 협업] - 인공혈관 이식 동물모델 제작 및 평가 기준 확립 [공동기관 협업] ○ 2단계 ● 목표 4차 연도 - 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관의 생물학적 유효성 체외 검증 - 인공동맥혈관의 이식기술 최적화 및 표준 면역억제 프로토콜 확립 5차 연도 - 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관의 체내 유효성 검증 완료 - 자가 조직 유래 혈관줄기세포를 활용한 세포 내재형 바이오혈관 개발 연구 - 약물 및 세포 내재형 인공동맥혈관 최종 시제품 제작 ● 내용 4차 연도 1) 세포 및 약물 탑재형 인공동맥혈관의 생물학적 유효성 평가 - 조직화 된 인공동맥혈관의 생물학적 기능 평가 2) 인공동맥혈관의 이식기술 최적화 및 표준 면역억제 프로토콜 확립 - 세포프린팅 된 이식체에 대한 숙주(랫드; rat)의 표준 면역억제 프로토콜 확립 5차 연도 1) 세포 및 약물 내재형 인공동맥혈관의 체내(in vivo) 안전성·유효성 평가 - 주관/위탁연구기관에서 제작한 인공동맥혈관 이식체의 시편을 동물모델을 활용하여 안전성 및 유효성 분석 2) iPSC 유래 혈관내피세포 분화법 개발을 통한 환자맞춤형 이식체 제작 연구 - 세포 내재형 인공혈관의 실용화 원천기술 확보를 위한 iPSC-EC 분화·배양법 개발 - iPSC-EC 내재형 바이오혈관 제작 및 혈관내피세포의 조직화 평가 → 환자맞춤형 개발 □ 연구개발성과 ○ 혈관 내피층 및 평활근층 구성용 세포 확보 및 기능적 특성 평가 ■ 임상등급으로 확보된 동맥형 혈관줄기세포(D-EPC)의 기능 평가를 통한 동/정맥 내피세포의 뚜렷한 구분 기준 정립 - 동맥형 운명 결정 및 특성 유지 조절 인자들의 발현 비교 분석(mRNA level) - 동맥 내피세포가 가지는 특이적 기능 평가: 전단응력(shear stress)에 대한 반응성 비교 분석 → 혈관 특성별 최적의 세포 확보 ○ 평활근세포 증식 억제를 위한 라파마이신 처리 농도 최적화 연구 - 라파마이신은 평활근세포의 증식 및 이동능을 억제한다고 알려져 있음: 평활근세포 대상의 적정 처리 농도 범위 설정 후, 증식능, 세포 주기, 세포 주기 조절 인자들의 단백질 발현정도를 분석하여 농도 최적화 (혈관줄기세포에 영향을 주지 않는 범위로 한정) ○ 혈관줄기세포 및 평활근세포 각각에 적합한 바이오잉크 제조 조건 수립 [위탁기관 협업] ■ 각 혈관 층에 적합한 생체재료(Elastin, Collagen, Alginate)의 잉크 구성 농도 설정 - 튜브형 지지체의 완성도를 높이기 위해 물성, 혈전 응집 및 혈소판 활성화 방지, 세포의 부착능 증가 등의 자체 기능적 특징을 가지는 다양한 생체재료를 활용하여 혼합 형태로 제조 - 생체재료 혼합형 바이오잉크 내 세포 농도(cell 수/잉크 용량; volume) 최적화 - LIVE/DEAD cell assay: 잉크 내 세포 생존율 평가를 통해 잉크 소재의 구성 농도 조건 최적화 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 환자 맞춤형 인공혈관 이식체 개발을 통하여, 약물치료 및 스텐트 삽입술 이후 생길 수 있는 재합착을 방지할 수 있으며, 기존 막힌 혈관을 인위적으로 넓히는 방법이 아닌 새로운 혈관 인공혈관을 이식한다는 점에서 새로운 치료전략이 될 수 있음. ○ 환자의 동맥형 / 정맥형 혈관을 정확하게 모사한다는 점에서 환자의 질환(혈전 질환 , 죽상동맥경화, 정맥경화 등) 맞춤형 인공혈관을 만들 수 있으며, 나아가 환자의 혈관을 정확하게 모사하여 환자 맞춤형 치료약물 선택이 가능할 것으로 예상됨. ○ 인체의 혈관을 정밀하게 모사한 인공혈관을 기반으로 혈관질환 모델링 및 이를 활용한 신약 개발을 위한 약물 스크리닝 가능. ○ 인체의 정맥·동맥을 정확히 모사한다는 점에서 혈관생리학적 분석 및 신생혈관 생성, 질환의 발생기전 등에 대한 연구가 가능할 것으로 예상 (출처 : 요약문 2p) |
