제주대학교(총장 김일환)는 약학대학 정의만 교수 연구팀의 최신 연구 성과가 세계적 권위의 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF 13.2, JCR 상위 3%)' 온라인판에 지난 11월 25일 게재됐다고 1일 밝혔다.

게재된 논문의 제목은 '페롭토시스 스트레스 기반 글루타치온 동태 프로파일링을 통한 천식 치료용 중간엽 줄기세포의 잠재적 전략으로서 멜라토닌 프라이밍 규명(Ferroptotic stress-guided glutathione dynamics profiling identifies melatonin priming as a potential mesenchymal stem cell strategy for asthma therapy)'이다. 이번 연구는 페롭토시스(철 의존성 세포사멸) 기반의 스트레스 반응을 역이용해 줄기세포의 기능을 획기적으로 향상시킨 성과다.

중간엽 줄기세포(MSC)는 다양한 난치성 질환의 차세대 치료제로 주목받고 있으나, 세포 간 기능 차이(이질성)와 배양 과정에서 불가피하게 발생하는 세포 노화로 인해 균질한 치료 효능을 확보하는 데 어려움이 있었다.

이에 정 교수 연구팀은 울산의대 신동명 교수(서울아산병원 세포치료센터장), 서울아산병원 김상엽 교수와의 공동연구를 통해 세포 내 핵심 항산화 인자인 글루타치온(GSH)의 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 기술을 개발, 이 난제 해결에 나섰다.

연구팀은 페롭토시스 스트레스 환경에서 줄기세포의 반응을 정밀 분석해 임상 적용이 가능한 약물을 고속 스크리닝(HTS)할 수 있는 새로운 평가 시스템을 구축했다. 연구팀은 다양한 항산화제 및 플라보노이드 라이브러리를 분석하여, '멜라토닌(Melatonin)'이 줄기세포 기능을 강화하는 핵심 약물임을 규명했다. 멜라토닌으로 사전 처리(프라이밍)된 MSC는 세포 내 산화환원 균형이 크게 개선되고, 고유의 치료 효능 또한 향상되는 것으로 나타났다.

또한, 연구팀은 실시간 FRET(형광 공명 에너지 전달) 이미징 기술을 활용해 멜라토닌이 'CREB1-NRF2' 경로를 활성화함으로써 노화된 줄기세포의 기능을 회복시킨다는 분자적 기전을 구체적으로 밝혀냈다.

나아가 인공지능(AI) 기반 세포 분석 기술을 적용해 실제 질환 모델에서의 효과도 검증했다. 천식 동물 모델에 멜라토닌 프라이밍된 MSC를 투여한 후 AI 알고리즘으로 폐 세척액(BALF) 등의 염증 지표를 분석한 결과, 천식 유발 염증이 유의하게 억제됨을 확인하며 임상 적용 가능성을 높였다.

정의만 교수는 "이번 연구는 줄기세포 치료제 개발 분야의 핵심 난제인 '품질 관리'와 '효능 향상'을 동시에 해결할 수 있는 새로운 방법론을 제시한 성과"라며 "향후 천식을 비롯한 다양한 염증성 질환 치료제 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 STEAM 연구사업의 ‘미래 유망 융합기술 파이오니어’ 사업, 산업통상자원부 바이오산업기술개발(R&D)사업, 해양수산부 해양블루테크미래리더양성프로젝트(R&D)사업의 지원을 받아 수행됐다.

※ 논문명: Ferroptotic stress-guided glutathione dynamics profiling identifies melatonin priming as a potential mesenchymal stem cell strategy for asthma therapy

※ 학술지: Chemical Engineering Journal (IF 13.2, JCR 상위 3%)

※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171261