순천향대(총장 송병국)는 의과대학 재생의학교실 이병택 교수 연구팀이 생체 인공신장의 줄기세포 재세포화 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 탈세포 신장 ECM 지지체의 표면 개질 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

급성 신장 손상(AKI) 및 만성 신장 질환(CKD)은 전 세계적으로 높은 유병률을 보이는 대표적인 신장 질환으로, 말기 환자의 경우 신장이식이 유일한 근본적 치료법이다. 그러나 절대적인 공여자 부족으로 많은 환자들이 장기간 혈액투석에 의존하고 있어, 이를 대체할 수 있는 이식형 생체 인공신장 개발의 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다.

이병택 교수 연구팀(최민지 박사, 파하드 박사, 박사과정 샨또)은 렛(Rat) 신장을 이용한 세포외기질(ECM) 기반 이식형 인공신장 개발을 위해, 탈세포화 및 재세포화 공정을 최적화해 신장 지지체 내 줄기세포 주입과 활착을 높일 수 있는 신장 ECM 지지체 표면을 개질하는 생체공학적 접근법을 제시했다.

연구진은 신장 ECM 지지체에 줄기세포 유도 인자인 케모카인(SDF-1α)과 급·만성 신장 질환 상태에서 유래한 사이토카인 주스(AKI-CKD cytokine juice)를 코팅해 골수 유래 중간엽 줄기세포(rBMSCs)의 부착하고 이동 및 증식을 유도했다. 이로써 재세포화 효율을 현저하게 향상시켰으며, 이후 14일간 저산소 조건을 모사한 바이오리액터에서 배양한 결과, 신장 피질(cortex)과 수질(medulla) 모두에서 줄기세포의 활착 및 증식이 유의미하게 증가했다.

특히, 신장 ECM 지지체 코팅에 사용된 케모카인(SDF-1α)는 지지체 내 풍부한 ECM단백질인 콜라겐 IV와 결합해 줄기세포 유도 역할을 수행하며, 이 같은 상호작용은 LC-MS/MS 분석 및 in-silico 단백질 결합 시뮬레이션을 통해서도 입증되었다.

이번 기술은 단순한 단백질 코팅을 넘어, 손상된 신장 환경을 체외에서 정밀하게 재현함으로써 줄기세포의 조직재생 참여를 유도하는 방향으로 설계되었다. 이는 생체 인공신장 개발에서 가장 어려운 과제 중 하나인 지지체의 구조적 복잡성 문제를 해결할 수 있는 새로운 접근법으로 평가받고 있다.

이번 연구는 실제 환자의 병태 생리 환경을 반영한 복합적 생리신호와 3차원 구조를 기반으로, 향후 개인 맞춤형 줄기세포 치료 및 간, 심장, 폐 등 타 장기의 ECM 지지체 응용 가능성도 함께 제시했다. 더불어 3D 바이오프린팅 기반 인공조직 개발에도 활용될 수 있는 기술로 주목받고 있다.

이 교수는 “이번 연구는 신장 재생의학 및 조직공학의 새로운 장을 여는 시도로, 신장의 복잡한 생체 환경을 모방한 줄기세포 유도 모델 설계와 줄기세포 탑재 연구에 중점을 뒀다”며, “향후 동물 이식이 가능한 생체 인공신장 개발에 한 걸음 더 다가갈 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 이공계대학중점연구소 지원사업의 일환으로 수행되었으며, 순천향대는 의학과 공학의 융합을 통해 의료와 인공지능(AI), 빅데이터 기술을 접목한 고부가가치 미래산업인 AI의료융합산업을 선도하는 대학을 목표로 하고 있다. 이를 위해 교육과 연구 혁신을 통해 지역사회와 함께 성장하는 의료융합 생태계를 조성하며 글로벌 경쟁력을 갖춘 융합형 인재를 양성하고자 힘쓰고 있다.

이번 연구는 바이오소재 분야 세계 최고 수준의 국제학술지 ‘Biomaterials’ 2025년 5월호에 게재되며 학술적 가치를 인정받았다.