이세원, 김효수 교수(서울대학교병원 순환기내과) 연구팀은 마우스 배아줄기세포 (mESC)를 저산소상태 (hypoxia)에서 일정 시간 노출시킨 후에 분화를 시키면 혈관분화가 현저하게 촉진된다는 것과, 그 조절 메커니즘을 처음으로 밝혔다.

저산소 미세환경 (hypoxic microenvironment)은 정상적인 배아 발생과정(embryonic development)에서 중요한 미세환경으로 혈관 발생에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 또한 생체 내 줄기세포는 산소농도가 낮은 저산소 환경에서 존재하는 것도 알려져 있다. 이러한 이유로 저산소 조건에서 줄기세포의 특성에 대한 연구들은 많이 진행되어 왔으나, 저산소 미세환경이 줄기세포의 분화를 억제시킨다는 결과와 촉진시킨다는 상반된 결과가 함께 보고되어 학계에 논란이 있었다.

연구팀은 ‘저산소상태’ 라는 미세환경을 이용하여, 줄기세포의 특성을 조절할 수 있는 기전을 찾기 위해 마우스 배아줄기세포를 배상체 (embryoid body)형태로 만들고, ‘저산소상태’에서 일정 시간 노출시켰더니 중내배엽 (meso-endoderm)으로 분화하는 방향성을 가졌으며, ‘정상산소상태’에서 배양된 배상체에 비해 혈관 세포로 현저하게 분화가 촉진됨을 입증 하였다.

또한, 연구팀은 생쥐의 다리에 혈액이 통하지 않게 해 괴사 부위를 만든 뒤 3군으로 나누어 괴사 부위에 식염수, 정상산소 배상체, 저산소 배상체를 각각 주입했다. 그 결과 정상 다리의 혈류량에 비해 식염수만 주입한 군의 괴사된 다리에서는 정상 혈류량의 8.6% 혈류량을 보였으며 정상산소 배상체 주입군에서는 22.2% 혈류량을 회복하는데 그쳤다. 그러나 저산소 배상체 주입군에서는 60.8% 혈류량으로 회복되었다. 즉 저산소 배상체를 주입한 군에서 상처 부위에 혈류량이 늘고, 주입한 배상체가 혈관으로의 분화가 촉진됨을 확인하였다.

이세원 교수는 "줄기세포를 치료에 사용하기 위해서는 우리가 원하는 특정 세포로 대량 분화시키는 것이 중요하다. 이렇게 원하는 세포로 대량 분화시키기 위해서 이종으로부터 획득한 증식∙분화유도 활성인자를 넣어주거나 유전자 조작 등을 하는데, 저산소 조건을 적절히 활용한다면 더욱 안전하고 용이하게 분화속도 및 분화방향을 조절할 수 있을 것으로 기대한다.” 라며 “하지만 이번 결과는 마우스 배아줄기세포에서 얻은 결과이므로, 사람에게 적용하기 위해서는 심화연구가 필요할 것이다.”라고 전했다.

이 연구는 세계적인 학술지인 ‘EMBO molecular medicine (인용지수 10.33)’에 게재될 예정이며, 이에 앞서 7월 23일 인터넷판에 먼저 공개되었다.

본 연구는 보건복지부지정 선도형특성화 연구사업, 교육과학기술부 줄기세포선도연구사업, 교육과학기술부 일반연구자지원사업의 지원으로 수행되었다.