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가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 구희범 교수(공동 교신저자, 의생명과학교실)와 미국 매사추세츠 주립대학교(UMass Amherst) 최홍수 교수, 가톨릭대학교 의과대학 박지선 박사·전하영 연구원 공동 연구팀은 mRNA와 저분자 약물을 동시에 전달하는 ‘분화 촉진 나노입자(DaN, Differentiation-accelerating Nanoparticle)’를 개발해 줄기세포의 연골 분화와 재생 효과를 높일 수 있음을 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 연골 분화 핵심 전사인자인 SOX9 mRNA와 저분자 약물 덱사메타손을 지질나노입자(LNP)에 함께 탑재해 중간엽줄기세포(MSC)에 전달하는 방식을 고안했다. 이를 통해 기존 줄기세포 기반 치료의 한계였던 낮은 유전자 전달 효율과 느린 분화 속도를 개선했다.

실험 결과, 덱사메타손을 함께 탑재해도 SOX9 mRNA 전달 효율은 유지됐으며, 세포 내 SOX9 단백질 생성이 빠르게 이루어졌다. 3차원 줄기세포 스페로이드 모델에서는 초기 연골 분화가 촉진되고 세포외기질(ECM) 생성과 연골 관련 지표 발현이 크게 향상됐다. 동물실험에서도 연골 결손 부위의 회복과 재생 효과가 유의하게 개선됐다.

구희범 교수는 “지질나노입자를 활용해 mRNA와 약물을 동시에 전달함으로써 줄기세포의 연골 분화 및 치료 기능을 강화할 수 있음을 확인했다”며 “향후 다양한 연골 질환과 재생의학 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
 

이번 연구는 한국연구재단, 보건산업진흥원, 범부처재생의료기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지 Chemical Engineering Journal(IF=12.5)에 온라인 게재됐다.