파라크린 효과를 이용한 치료를 위한 세포외기질 모방 마이크로니들

Abstract

Cell therapy has attracted significant attention in the regeneration field over the decades. In most current clinical applications, cells are delivered by muscle injection, intravascular infusion, or transplantation of patches but face significant issues with low paracrine efficiency and high invasiveness. pracrine effects is highlighted as a major mechanism of cell therapy in recent studies, while it is still a challenge to overcome the problem of sustained release and low transfer rate of paracrine factors. In this study, an diffusive hydrogel microneedle patch integrated with Extracellular matrix mimicking(ECM) scaffold is presented for long lasting and efficient delivery of versatile paracrine factors. hydrogel microneedle creates long lasting and diffusive “channels” between injured tissue and ECM mimicking scaffold. These hydrogel channels transferred paracrine factors secreted from cells into the injured tissue to promote regeneration.

세포를 이용한 치료는 여러 불치병들을 완화시키거나 재생시켜줄 수 있는 효과적인 방안으로 부상하고 있다. 기존의 세포치료 방식은 상처부위에 세포를 직접 주사 하거나 패치형태의 디바이스를 외과적 수술로 삽입하는 방식으로 진행되었는데, 이러한 방법은 공통적으로 매우 높은 수준의 침습도를 가지게 되어 감염이나 외상의 위험을 동반한다. 또한 직접 주입 방식의 경우 매우 낮은 수준의 세포전달률 및 잔류율을 보여주며, 패치삽입 방식은 조직과 일체화되어 통합될 때까지 오랜 시간이 걸려 염증반응을 일으킨다는 문제점을 가지고 있었다.

이러한 기존 치료법들에서의 단점을 극복하기 위하여, 마이크로니들을 통해 최소침습적 세포전달을 성공시킨 연구들이 최근 꾸준히 발표되어왔다. 하지만 이러한 연구들의 경우 적용할 수 있는 장기가 제한적이거나, 세포의 수명이 짧고 확산 저항이 큰 재질을 사용함으로써 세포에서 방출되는 파라크린 인자들을 효율적으로 부상 부위에 전달하지 못하는 문제점들을 내포하고 있었다. 이를 해결하기 위해 범용적으로 적용될 수 있고, 파라크린 인자를 효과적으로 상처부위에 전달시킬 수 있도록 해주는 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 연구에서는 기존의 주요한 한계점이었던 범용성 및 파라크린 인자의 비효율적 전달 측면을 극복하는 디바이스를 개발하였다. 세포외기질을 모방하는 나노섬유 구조체를 제작하여 세포와 통합함으로써 세포가 장기간 생존 가능한 환경을 만들어 주었으며 마이크로니들을 최적화하여 장기간 줄기세포와 부상 조직간의 의사소통이 효율적으로 일어날 수 있는 환경을 구축하였다. 본 연구에서 개발한 확산성 마이크로니들 디바이스는 마이크로니들을 통한 세포치료 방식이 보다 실질적으로 이루어질 수 있도록 할 것이다.