- 김 교수, "새로운 나노 기술 융합한 세포 직접전환 기술 개발로 돌파구 마련"
- 세계 저명 학술지 ACS Nano (IF:15.8) 게재

동국대학교(총장 윤재웅)는 화학과 김종필 교수 연구팀이 맥신의 차별화된 특성에 주목해, 효과적이고 안전한 차세대 생체내 신경세포 직접전환 리프로그래밍(direct lineage reprogramming) 기술을 완성시켰다고 밝혔다. 연구 결과는 <Electromagnetized MXenes Enhance the Efficient Direct Reprogramming of Dopamine Neurons for Parkinson’s Disease Therapy>라는 제목으로 세계적 권위의 학술지 <ACS Nano>(IF: 15.8)에 2025년 4월 22일자로 발표됐다.

‘꿈의 소재’이자 차세대 이차원(2D) 소재로 불리는 맥신(MXene)은 전이금속 탄화물 또는 질화물로 구성돼 얇은 층상 구조와 뛰어난 전기·열 전도성, 경량성, 강도, 표면 개질 용이성을 특징으로 가지고 있다. 특히, 탄소 기반의 그래핀을 잇는 차세대 소재로 주목받으며, 우수한 생체 안전성과 차별화된 특성을 바탕으로 바이오센서, 약물 전달, 항균 코팅, 환경 정화, 재생의학 등 바이오 분야에서 주목받고 있다.

김종필 교수 연구팀은 맥신의 특성을 활용해 효과적이고 안전한 차세대 생체 내 신경세포 직접전환 리프로그래밍(direct lineage reprogramming) 기술을 완성시켰다. 이번 기술은 생체 내 타깃 세포를 직접 전환하는 리프로그래밍 기술로, 섬유아세포(fibroblast) 등을 도파민 신경세포와 같은 특정 타깃 세포로 변환해 신경질환을 치료하는 혁신적 접근법이다.

연구팀은 맥신의 뛰어난 전자기장 반응 특성에 착안했다고 밝히며, 이번 연구 결과를 ‘세계 최초로 전자기화된 맥신을 도파민 뉴런 유도 인자인 직분화 팩터(Ascl1, Pitx3, Nurr1 및 Lmx1a)와 함께 생체 내에 적용한 사례’라고 설명했다. 전자기화된 맥신은 세포 운명 전환 과정에서의 효율성과 안정성을 크게 향상시키고, 타깃 세포의 전환 과정에서 히스톤 아세틸화(epigenetic activation)를 유도한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 전환 세포의 후성유전학적 특성을 효과적으로 변화시키면서, 생체 내에서도 효과적으로 ‘도파민 신경세포로의 전환 과정’을 유도할 수 있음을 의미한다.

특히, 중뇌 부위 도파민 신경세포가 사멸하면서 발생하는 퇴행성 뇌질환인 파킨슨병 치료 및 재생의학 분야의 새로운 기술적 방향을 제시해 그 의미가 크다. 연구에 따르면, 전자기화된 맥신을 활용해 생체 내 직접 전환된 도파민 신경세포를 효율적으로 전환했으며, 생체 내에서 손상된 도파민 뉴런의 재생을 유도하고 동물 모델에서도 피실험체의 운동 기능을 상당 부분 회복시켰다.

이번 연구는 인간 피부 유래 체세포에서의 적용 가능성 역시 입증하며, 기존 치료법의 한계인 세포 이식에 따른 면역 거부 반응 없이 체내에서 세포를 전환할 수 있는 차세대 치료 기술을 제시했다는 평가를 받는다. 연구팀은 “다만, 생체 내에서 세포 운명의 직접전환 과정을 완전히 제어하는 것에 어려움이 있고, 낮은 전환 효율도 실용화의 주요 장애물로 남아 있는 상황”이라며 후속 연구 필요성을 강조했다.

김종필 교수는 "이번 연구에서 차세대 꿈의 소재로 알려진 맥신이 세포 리프로그래밍에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인했으며, 이를 통해 파킨슨병 치료에 적용할 수 있는 차세대 세포 치료 기술의 토대를 마련했다"고 설명했다. 이어, 나노소재와 줄기세포 기술의 융합이 재생의학 분야의 패러다임을 근본적으로 바꿀 핵심 기술이 될 수 있음을 강조했다.

한편, 이번 연구는 인공아체세포 기반 재생치료 기술개발사업, 대학중점연구소 사업 및 범부처 재생의료기술 개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 동국대 화학과 김종필 교수(교신저자), 김영관 교수(공동교신), 김준엽 교수(제1저자), 김수민 박사과정생(공동 제1저자), 황예림 박사과정생(공동 제1저자), 안세민 박사과정생(공동 제1저자)로 구성됐다.