▲ 전남대학교병원 순환기내과 이기홍 교수

전남대학교병원은 5월 23일, 순환기내과 이기홍 교수팀이 최근 유전자 치료를 이용해 인공심박동기 대신 스스로 박동할 수 있는 치료법을 발표했다고 밝혔다.

이기홍 교수팀은 지난 5월 2일 세계적인 학술지인 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature biomedical engineering)'에 '완전방실차단 돼지 모델에서 유전자 치료로 인공심박동기 대신 스스로 박동할 수 있는 치료법'(Transient pacing in pigs with complete heart block via myocardial injection of mRNA coding for the T-box transcription factor 18)을 발표했다. 

완전방실차단은 심방과 심실 사이 구조물인 방실결절이 망가져 스스로 심장이 박동할 수 없는 질환으로, 치료법은 인공심박동기 이식이 유일했다.

인공심박동기는 전흉부를 절개한 후 큰가슴근 위에 인공구조물을 삽입하고 심장까지 유도선을 삽입하여 연결하는 시술이다. 

인공심박동기 이식은 현재까지 완전방실차단의 가장 우선적인 치료법이지만, 치명적인 염증으로 생명이 위험해지거나, 약 10년마다 재시술을 시행해야 하는 어려움이 있으며, 소아 환자의 경우 신체 크기보다 오히려 인공박동기 크기가 커서 생활에 많은 불편함을 초래했다. 

이러한 단점을 극복하기 위해 연구진은 미국 에모리 대학과 공동으로 유전자치료가 인공심박동기를 대체할 수 있는 치료법을 연구해 왔다. 

▲ mRNA TBX18은 CAVB 돼지에서 심박수 조절 및 만성화 능력을 제공합니다.a, 대규모 동물 연구 설계. b, 기계 학습 알고리즘을 통해 레이블이 지정된 P 및 R파를 사용한 대표적인 ECG 원격 측정 추적입니다. 레이블이 지정된 ECG는 TBX18 돼지(오른쪽 하단)에서 PP 및 RR 간격의 상관 관계가 있는 단축을 보여줍니다. c, 1분 평균 심실률은 GFP와 비교하여 mRNA TBX18의 4주 연구 기간 동안 일주기와 더 높은 심박수를 보여줍니다. 각 시간에 표시된 최대 1분 비율인 d는 mRNA TBX18에서 대조군보다 유의하게 더 높았습니다. e, 각 돼지에 대한 PR 상관 관계는 첫 주 후 TBX18 처리 돼지의 GFP 제어 위에 안정세를 보였습니다(n = 2 GFP, n = 4 TBX18). 평균 ± s.e.m. f, 전체 평균 PR 상관 관계는 GFP와 비교하여 TBX18 처리 돼지에서 유의하게 높았습니다. *P < 0.05, 편면 양측 표본 t-검정, 평균 ± s.m., n = 2 GFP, n = 4 TBX18 돼지 5개 시점에 대한 4 TBX18 돼지. g, 15일 24시간 동안 mRNA GFP(왼쪽) 또는 mRNA TBX18(오른쪽) 그룹의 각 대표 돼지에 대한 심박수 (고체) ± s.d. (shaded 영역)로 표시된 총 동물 활동 (dashed). h, β-adren 작용제 이소프레날린 (intraven 주입)의 선량을 증가시키면서 (D)28일에 제공된 ISO 챌린지 테스트. TBX18 그룹의 반응 심박수는 GFP 그룹 (n = 2 돼지 GFP, n = 4 돼지 TBX18)과 비교하여 더 높은 최대치에 도달하여 상당히 더 민감했습니다. *P < 0.05, 양방향 분산 분석 반복 측정 Tukey의 테스트, 평균 ± s.d. Box, 25–75 백분위; Whisker, s.d.; 중심, 즉, 첫 번째 심실 박동 자극 종료부터 자발적 VRT까지 측정.

이에 따라 이 교수 연구팀은 스스로 심장을 뛰게 하는 자동 박동능력을 가지는 유전자(TBX18)를 찾았고, 이 유전자를 인공심박동기 대신 돼지 심장 내에 이식했을 때, 심장이 스스로 뛰는 치료법을 개발했다. 

특히 이번 연구결과는 기존 연구에서 단점으로 지적된 자동박동능력 유지기간을 2배 이상 획기적으로 연장하면서 인공심박동기 없이 심장을 스스로 뛰게 하는 첫 번째 연구라는 점에 큰 의의가 있다. 

▲ TBX18 mRNA 유래 심박조율기 세포의 시험관 내 기능적 특성.a, Adv TBX18 또는 mRNA TBX18 (n = 4 wells, Mean + /-SD)로 처리된 NRVM에서 Gapdh와 관련된 정규화된 TBX18 mRNA 전사 수준. b, NRVM 후 유전자 전달(n = 4 wells, Mean + /-SEM)에서 Gapdh와 관련된 정규화된 TBX18 단백질 발현. 정량화된 TBX18 표현식은 각 벡터에 대해 최대 TBX18 표현식으로 정규화되었습니다. 유전자 전달 후 시간(시간) TBX18(녹색) 및 Gapdh(빨간색)에 대해 염색된 대표적인 웨스턴 블롯입니다. c,mRNA TBX18 또는 GFP에 감염된 NRVM의 비트 웰의 백분율입니다. MEA를 이기는 것은 30분 기록에서 평균 >5 bpm으로 정의되었습니다. d, 43시간 transf 후 다양한 선량의 IVT TBX18 (n = 9 MEA, Mean + /-SEM)로 형질감염된 NRVM의 MEA당 평균 비트 수. e, Hcn4/GFP 마우스의 형질전환 계획. Hcn4를 표현하는 SAN 및 AVN은 GFP로 시각화할 수 있습니다. AVN 아래의 심실만 분리 및 배양을 위해 수집되었습니다. f, 3ng/k 세포의 mRNA로 형질감염되거나(왼쪽), Adv 감염 다중도 5(오른쪽)로 형질도입된 Hcn4/GFP Tg NMVM의 대표적인 형광 이미지. 스케일 바, 100 μm. 실험은 독립적으로 두 번 반복되었습니다. g, GFP 발현 세포의 정량화된 수는 TBX18 NMVM에서 각각의 대조군에 비해 더 높았습니다. (n = 10개의 웰, 평균 + /-SD, *p < 0.05 2-way ANOVA, Tukey 검정을 통한 보충 표 3-4 참조). h,i, enriched의 상대적인 표현 수준.

또한, 기존에는 바이러스를 이용했기 때문에 면역거부반응이 일어날 수 있었지만, 이번 연구에서는 메신저 리보핵산(mRNA)를 이용, 이러한 한계를 극복했다. 

이기홍 교수는 "수많은 완전방실차단 환자에게 인공심박동기 시술을 시행해오면서, 어떻게 하면 인공심박동기라는 이물질을 삽입하지 않고, 스스로 심장을 다시 뛰게 하는 방법이 없을까 모색해왔다"라며, "아직 동물실험에서의 성공이지만, 유전자 치료가 완전방실차단 환자에게 적용돼 인공심박동기를 대체할 수 있는 날을 기대한다"라고 밝혔다.