서론
현재 아토피 피부염을 위한 치료제는 매우 제한적이며 잠재적 부작용 또한 크기 때문에, 안전하고 효과적인 새로운 치료제에 대한 수요가 크다. 최근에는 염증성 사이토카인을 표적하는 바이오신약들이 개발되고 있고, IL-4와 IL-13을 이중 표적하는 듀필루맙(dupilumab)과 같은 표적치료제가 경증 및 중증 성인 아토피 치료제로 개발되어 미국 FDA의 승인을 받았다. 비록, 장기 복용에 따른 부작용에 대한 추가 검증이 필요하긴 하나, 듀필루맙의 효능을 감안하면 아토피 치료를 위해서는 염증성 사이토카인에 대한 다중 표적이 매우 효과적인 방법임을 알 수 있다.
제대혈, 골수, 지방유래 중간엽줄기세포가 다중표적을 통해 아토피 피부염 억제효과를 보인다는 사실이 다수의 연구결과에 의해 밝혀져 왔다. 그러나, 중간엽줄기세포를 치료제로 사용하는 데에는 낮은 생착 효율, 종양원성, 면역반응, 품질관리의 어려움 등 여러가지 단점들이 있다.
엑소좀은 거의 모든 세포에서 분비가 되고, 모든 체액에서 발견되는 30-200 nm 크기의 나노소포체이다. 엑소좀은 그 내부에 단백질, 지질, 핵산 등 다양한 종류의 물질들을 포함하고 있어 세포간 정보전달에 매우 중요한 역할을 한다. 특히, 줄기세포 엑소좀은 줄기세포의 치료 효능을 그대로 가지고 있으면서도 비세포(cell-free)이기 때문에 세포치료제(cell-based therapy)가 가지고 있는 여러가지 단점들을 극복할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 예를 들면, 엑소좀은 세포가 아니기 때문에 자기 복제를 하지 않고, 따라서 암유발 가능성이 없다. 여과를 통해 멸균이 가능하고, 세포보다 장기 보관이 가능하다. 줄기세포보다 1/100 이하의 작은 크기이기 때문에 생체 내에서 쉽게 순환하여 상처부위에 도달할 수 있고, 장기 투여에 따른 독성 또한 없는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는, 세계 최초로 지방줄기세포 유래 엑소좀(ASC-EXOSOME)의 아토피 치료효과를 마우스 동물 모델을 이용하여 규명하였다.
결과 및 토론
무혈청 줄기세포 배양배지로부터 순차적 여과를 통하여 ASC-EXOSOME을 분리, 정제하고 국제 세포외소포학회(International Society for Extracellular Vesicles, ISEV)의 권고에 따라 특성 분석을 수행하였다. 투과전자현미경TEM 및 나노입자트래킹(Nanoparticle tracking analysis, NTA) 분석을 통해 ASC-EXOSOME 의 수와 크기 분포를 측정하였다. ASC-EXOSOME의 특성은 웨스턴블롯을 통해 표면 마커 단백질인 CD9, CD63, CD81과 내부 마커 단백질인 TSG101을 확인함으로써 추가 검증하였다. 또한 엑소좀 표면의 CD63과 CD81단백질의 경우 유세포 분석(flow cytometry)을 통하여 다시 한번 검증하였다. 효능 분석을 위하여, 마우스 대식세포(raw264.7)에 lipopolysaccharide(LPS)를 24시간 동안 처리하여 활성을 유도한 다음, ASC-EXOSOME에 의한 산화질소(nitric oxide), NO 생성 양 변화를 측정하였다. 그 결과, ASC-EXOSOME을 LPS와 함께 처리하였을 경우, ASC-
EXOSOME 처리 농도의존적으로 산화질소 생성양이 감소함을 확인하였다. 주목할 점은, ASC-EXOSOME의 항염 효능이 양성대조군으로 사용된 스테로이드 약물인 덱사메타손(dexamethasone)과 대등하다는 점이다.
생체 내(in vivo)에서 ASC-EXOSOME이 아토피 피부염 증상을 완화 할 수 있는지 측정하기 위해 NC/Nga 생쥐 모델에 Biostir®-AD 크림을 도포하여 아토피 피부염을 유발한 후 ASC-EXOSOME을 주당 3회, 4주간 정맥IV 또는 피하SC 투여 하였다. 이때 양성대조군은 스테로이드계 항염약물인 프레드니솔론(prednisolone (10 mg/kg))을 4주간 매일 경구 투여하였다. 그 결과 ASC-EXOSOME을 정맥 또는 피하 투여하였을 때, 용량의존적으로 아토피 피부염 증상이 감소되는 것을 확인하였다. 또한, 아토피 피부염 병변의 비만세포mast cell 침윤이 유의하게 감소하고, CD86+ 세포와 CD206+ 세포가 피부염 병변에서 확연히 감소함을 확인하였다. 흥미로운 점은, 정상 피부에는 거의 존재하지 않지만, 아토피 피부염 병변에서 알러지성 염증반응을 일으키는 염증성 수지상 상피세포inflammatory dendritic epidermal cell: IDEC가 CD86과 CD206을 세포 표면에 발현한다는 점이다.
혈액내 IgE 레벨 증가는 아토피 피부염 중증도와 밀접한 관련이 있기 때문에, ASC-EXOSOME의 IgE 레벨 에 대한 효과를 조사해보았다. 그 결과, ASC-EXOSOME 을 정맥 또는 피하 투여 시, ASC-EXOSOME 농도의존적으로 혈액내 IgE 레벨이 현저하게 감소되는 것을 확인하였고, 그 효과는 프레드니솔론과 유사하였다. 뿐만 아니라, 호산구(eosinophil) 숫자가 감소하고, 아토피 염증에 관여하는 사이토카인인 IL-4, IL-31, TNF-α, IL-23 등이 감소하는 것을 확인하였다. 실제로, 이러한 염증성 사이토카인들은 현재 개발 중이거나 허가된 바이오신약의 주요 타깃들이다. 종합하면, ASC-EXOSOME 전신투여는 염증성 사이토카인의 발현 및 염증반응 조절을 통해 아토피 피부염 증상을 완화시키며, 따라서 ASC-EXOSOME이 아토피 피부염을 치료할 수 있는 새로운 비세포 치료제로 개발 될 수 있음을 시사한다.
ASC-EXOSOME은 줄기세포가 갖는 조직 재생 능력 을 그대로 가지고 있으면서 줄기세포 치료제보다 안전 성이 높기 때문에 아토피 피부염 뿐 아니라 다양한 염증 성 질환의 근본적인 치료제로 개발될 가능성이 높다. 무 균 생산, 품질관리, 제형화, 보존 기한 등의 측면에서도 월등한 장점을 갖고 있기 때문에 재생의학 분야 20여년 만에 기존 줄기세포 치료제의 한계를 극복할 수 있는 차 세대 비세포 치료(cell-free therapy) 기술로 주목받고 있다.
엑소코바이오는 엑소좀을 대량으로 생산할 수 있는 엑소프레소(ExoPresso) 기술을 독자개발하고, 2018년 하반 기부터는 GMP 생산 설비를 구축하여 미충족 의료수 요가 큰 다양한 염증성 질환 치료제 상용화 기술 개발 에 박차를 가하고 있다. 최근에는 300억 원의 Series B 투자 유치를 성공적으로 완료하여, 줄기세포 산업 을 전문으로 하는 글로벌 시장조사 기업 ‘바이오인포 먼트(Bioinformant)가 공개한 ‘전 세계에서 가장 많은 투자를 받은 엑소좀 스타트업 4곳’에 국내 기업으로는 유 일하게 소개되기도 하였다. 뛰어난 기술력과 사업성으 로 코스메슈티컬(cosmeceuticals) 또한 주목을 받고 있는데, 최근 출시된 줄기세포 엑소좀(ASC-EXOSOME™) 을 함유한 데일리 엑소좀 스킨케어 브랜드 ‘셀트윗 (Celltweet’)과 전문가용 메조세라피(Mesotherapy) 클리닉 브랜드 ‘ASCE+’는 국・내외에서 큰 호평을 받고 있다. 특히, ASCE+는 세계최초의 엑소좀 기반 동결건조 제품으로 피부 속 근본적인 환경 개선을 통해 각종 피부 고민 해 결에 도움을 준다.