탈모치료를 위한 모유두세포 대량배양 기술개발-약물치료 및 모발이식을 대체할 세포치료제 기대

탈모치료를 위한 모유두세포 대량배양 기술개발-약물치료 및 모발이식을 대체할 세포치료제 기대

등록일 2019.02.15

 

 

 

탈모치료를 위한 모유두세포 대량배양 기술개발
- 약물치료 및 모발이식을 대체할 세포치료제 기대 -
 

□ 탈모치료를 위해 대량으로 모유두세포를 생산하는 기술이 개발되었다. 성종혁 교수(연세대학교) 연구팀이 저산소 환경에서 배양해 모유두세포의 증식 능력을 획기적으로 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

□ 최근 중증 탈모환자를 대상으로 모발이식술이 시도되지만, 고가의 비용과 시술 후 부작용의 한계가 지적된다. 그 대안으로써 모발을 생성하는 세포인 모유두세포를 이용한 세포치료제가 주목받고 있다. 그러나 임상적용하기 위한 충분한 양의 세포배양이 쉽지 않고, 많이 배양하면 모발 재생능력이 현저히 저하되는 어려움이 남아있었다.

□ 연구팀은 산소 농도가 2% 가량인 저산소 조건에서 모유두세포를 배양하여 세포노화를 예방하고 세포증식을 2배 정도 향상시켰다. 특히 이렇게 배양한 모유두세포를 피부에 이식했을 때, 모유두세포의 생존력이 높아지고 모낭 가장자리(외측 모근초) 세포도 증가하는 등 발모 촉진 효과가 입증되었다.

 ㅇ 연구팀은 저산소 조건에서 활성산소가 신호전달물질로 작용한 것이라고 원리를 설명했다. 활성산소로 인해 모유두세포의 증식과 성장인자의 발현이 향상되고 모발의 성장기가 유도된 것이다.

□ 성종혁 교수는 “충분한 모유두세포를 확보하기 어려웠던 한계를 돌파한 연구로서, 약물치료 및 모발이식을 대체할 탈모 세포치료제 개발에 기여할 것”이라며 “2020년도에 탈모환자를 대상으로 임상시험을 시작할 예정”이라고 후속연구 계획을 밝혔다.

□ 이 연구 성과는 교육부·한국연구재단 기초연구사업(기본연구)의 지원으로 수행되었다. 피부과학 분야 국제학술지 ‘영국피부학회지(British Journal of Dermatology)'에 1월 31일 게재되었다.

<참고자료> : 1. 주요내용 설명  2. 그림 설명
             3. 연구 이야기

? 주요내용 설명

□ 논문명, 저자정보

논문명
Hypoxia Improves Hair Inductivity of Dermal Papilla Cells via Nuclear NADPH Oxidase 4-Mediated Reactive Oxygen Species Generation
저  자
성종혁 교수(교신저자, 연세대/스템모어), 정매 박사(제1저자, 스템모어),
장예지(스템모어), 최나현 박사(연세대), 김두영(연세대), 한태원(연세대),
여주혜(연세대), 이진우 교수(연세대)

□ 연구의 주요내용
 1. 연구의 필요성
  ○ 전 세계 탈모 인구가 증가하고, 특히 경제적인 성장과 더불어 스트레스성 탈모 환자가 많아짐에 따라 전 세계 탈모 관련 시장 규모는 꾸준히 증가할 것으로 예상된다. 피부 질환에 대한 세포치료제 개발은 체세포치료제와 줄기세포치료제 형태로 개발하는 추세이다. 그러나 아직 모유두 세포는 탈모치료제로 시장에 출시되지 않았다.
  ○ 탈모의 세포치료를 위해 가장 적합한 세포 원료는 모유두세포(Dermal papilla cell)이다. 이 모유두세포는 모발 발생 및 성장에 있어서 굉장히 중요한 세포이기 때문이다. 실제로, 두피로부터 이 ‘모유두세포’를 채집해서 배양 후 이식했을 때 모발이 새로 자라났다. 하지만 이 세포를 탈모치료의 원료로 사용하기에는 몇 가지 극복하기 어려운 점이 있다. 크게는 3가지 이유가 있다. 첫째는 이 세포를 두피로부터 분리해내기 어렵다는 점, 둘째는 배양 조건도 까다롭고 세포의 수를 늘리기 위해 증식시키는 것도 어렵다는 점, 그리고 셋째로는 이 세포를 증식시키기 위해서는 6~7번 계대 배양해야 하는데, 이 과정에서 모발 발생 및 성장 능력이 현저하게 감소해버린다는 단점이 있다. 이러한 한계 점이 모유두세포가 탈모의 세포치료를 위해 가장 적합함에도 불구하고 아직까지 제대로 개발되고 있지 못하는 이유이다.
 2. 연구내용
  ○ 연구팀은 다양한 농도의 산소조건을 이용하여 배양하는 실험을 수행하였고, 모유두세포를 저산소 조건(hypoxia)(2% 산소조건)에서 배양하였을 때, 모유두세포의 증식력이 획기적으로 개선되었다. 또한 계대배양을 8~9번 한 후에도 동물실험에서 새로운 모낭을 형성하고 모발을 만들어 냈다.
  ○ 연구팀은 동물실험에서 저산소 배양한 모유두세포를 생쥐에 이식하면 생존력이 증가하고, 모낭의 외측 모근초 세포(ORS: out-root-sheath)의 증식을 높인다는 결과를 얻었다.
  ○ 기전연구를 통하여 저산소 배양시 활성산소가 신호전달물질로 작용하여, 모유두세포의 증식 및 성장인자 발현을 높임을 확인하였다. 모유두세포에서 NOX4 유전자가 핵 부위에 존재하고, 저산소 배양은 NOX4에 통해서 활성산소의 생성을 높인다는 것이다.
  ○ 또한 안티마이신(Antimycin) 및 로테논(rotenone) 등 활성산소를 발생하는 물질의 처리에 의해서도 모유두세포 증식이 증가함을 확인하였고, 동물실험에서 모낭형성이 증가함을 확인되었다.

 3. 연구성과/기대효과
  ○ 그동안 치료에 충분한 세포의 확보가 어려워서 개발이 어려웠던 모유두세포의 증식이 획기적으로 개선하였다.
  ○ 합성화합물 전처리 등에 비해 안전한 새로운 배양법이다.
  ○ 비임상시험 후 모유두세포를 이용한 세포치료제에 대한 임상시험을 2020년부터 시작할 예정이고, 시판 허가 후에는 모발 이식을 대체할 가능성이 있다.

? 그림 설명

(그림1) 저산소 배양에 의한 모유두세포의 증식 증가 및 노화 방지 효과

(그림2) 저산소 배양한 모유두세포의 발모효과
(a) 저산소 조건에서 배양한 모유두세포 (DPCHyp)를 주사하면 모발의 성장기가 유도됨.
(b) 저산소 조건에서 배양한 모유두세포 배양액 (Hyp-CM)을 생쥐의 콧수염에 처리하면 모발 길이 및 모낭에서 증식하는 세포가 증가함.

? 연구 이야기

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

모유두세포는 모발 발생 및 성장에 있어서 굉장히 중요한 세포이다. 두피로부터 모유두세포를 채집해서 배양 후 이식했을 때 모발이 새로 자라났다. 하지만 탈모치료의 원료로 사용하기에는 극복하기 어려운 점이 있다. 1) 두피로부터 모유두세포를 분리해내기 어렵다; 2) 배양 조건 까다롭고 대량 확보하기 어렵다; 3) 6~7번 계대 배양하면 모발 발생 및 성장 능력이 현저하게 떨어진다. 이러한 한계 점을 개선할 수 있는 배양법이 필요하다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

저산소 조건에서 활성화 산소의 생성을 바탕으로 모유두세포의 새로운 배양법을 찾아내고 기존에 설명이 되지 않던 부분을 설명할 수 있었던 것이 큰 연구의의다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

새로운 배양법을 통해서 모유두세포의 증식 및 성장인자의 발현을 증진시킬 수 있기 때문에 탈모 치료과정에 필요한 충분한 모유두세포를 확보가 가능해진다. 모발 이식 통해서 탈모치료 계속 진행되고 있는 가운데, 더 간편하게 모발 이식을 대체할 수 있는 모유두세포로 세포치료제 개발에 대한 연구 급히 필요할 것으로 생각된다.