활성혈소판 및 미토콘드리아 이식치료에 대하여
Activated Platelet–Mitochondria Immunotherapy
미토콘드리아 ?
세포가 분열, 성장, 분화 등의 세포고유의 기능을 하기 위해서는 생명활동을 영위할 수 있는 에너지가 필요합니다. 최종적으로 세포활동에 필요한 에너지는 포도당과 산소를 이용하여 세포내에서 만들어지는 ATP(Adenosine Tri-phosphate)에 의하여 이루어집니다. ATP는 세포가 활동할 수 있는 근본적인 에너지 소스입니다. ATP는 포도당에서 만들어지는데 산소를 이용하는 방법과 산소를 이용하지 않는 방법이 있습니다. 산소를 이용하지 않는 방법은 세포내에 존재하는 인산효소의 작용으로 이루어 지며 1개의 포도당에 의해 2개의 ATP가 만들어 지며 이는 산소가 없는 상태에서 세포의 급박한 상황에서 임시적으로 발생합니다. 미토콘드리아에서 산소를 이용한 포도당에서 만들어지는 ATP는 38개입니다. 세포의 에너지 공급은 거의 전적으로 미토콘드리아에 의지하게 됩니다. 
Activated Platelet–Mitochondria Immunotherapy
활성혈소판 ?
혈액에 존재하는 혈소판은 혈액응고, 조직재생 및 면역조절을 담당하는 혈구세포로써 혈관을 순환하고 있습니다. 만일 조직에 손상이 발생하거나 병원체의 침입 및 면역이상(자가면역, 알레르기, 면역저하 등) 현상이 발생하면 혈소판은 이상이 발생한 조직이나 장기로 이동하여 혈소판 활성이 발생하여 조직이나 장기를 복원시키고 이상면역 반응을 조절하는 등 인체의 항상성(Homeostasis)를 유지하는 역할을 합니다. 이러한 혈소판의 작용을 이용하여 인체손상이나 만성염증을 치료하는 치료법이 혈소판 풍부 혈장 치료(PRP, platelets rich plasma)입니다. PRP 치료는 미용, 탈모 및 인대손상, 만성관절염등의 치료에 이용되고 있습니다.
활성혈소판 치료는 다음과 같은 특징이 있습니다.
1. 혈소판은 체외분리시 자연적인 활성이 천천히 발생하는데 활성과 동시에 혈소판이 깨집니다. 보존 시약을 넣어 혈소판을 보존하면 자연적인 혈소판 활성은 발생하나 동시에 발생하는 혈소판 파괴를 방지하여 일정한 시간(12-15일)이 경과하면 안정된 상태의 살아있는 활성혈소판을 얻을 수 있습니다.
2. 안정된 상태의 활성혈소판은 두가지 장점을 가지고 있습니다. 첫째는 혈소판 활성이 발생하면 혈소판내 미토콘드리아의 분포, 크기, 수가 변화하여 조직에 투여하였을 때 안정화 활성혈소판내의 미토콘드리아에 의하여 치료효과가 나타납니다. 둘째는 혈소판 활성이 발생하면 혈소판내 성장인자 및 사이토카인을 함유한 소포체가 커지고 많아져서 조직으로 투여 시 풍부한 성장인자와 사이토카인에 의해 조직재생 효과가 발생합니다.
자가혈 유래 활성혈소판에 대한 의학적인 검증에 대하여
일반적으로 혈소판은 실온상태에서만 보존이 가능하며 냉장이나 냉동상태에서는 세포의 불활성이 발생합니다. 또한 냉동 및 냉장의 낮은 온도에서 보관 후 인체에 주입 시 온도상승에 따른 혈소판 파괴현상이 발생합니다. 혈소판을 실온에서 보존할 경우 하루에 약 25%의 혈소판에서 자가활성이 저절로 발생하나 혈소판 활성이 발생함과 동시에 혈소판 세포파괴가 일어나기 때문에 실제로 안정상태의 활성혈소판을 얻을 수 없습니다. 혈소판을 실온에 보존시에 보존 시약을 넣어 보존하면 자가활성은 정상적으로 발생하나 활성과 동시에 발생하는 세포파괴현상을 방지하여 약 2주의 시간이 경과하면 안정상태에 머무르는 충분히 활성화된 혈소판을 얻을 수 있습니다. 이러한 안정화 상태의 자가혈 유래 활성혈소판은 다음과 같은 특징을 가집니다.
1. 비활성 상태의 혈소판에 비하여 안정상태의 활성혈소판은 세포내 미토콘드리아 활성도 측정에서 비활성 상태의 혈소판에 비하여 미토콘드리아 활성도가 5-6배 증가합니다. WST-1 Cell Proliferation Assay은 세포내의 미토콘드리아 탈수소효소에 의해 tetrazolium salts (WST-1)에서 formazan이라는 발색물질이 생성되며 이는 특정(440mM) 파장의 빛을 흡수하며 이에 따라 특정 파장의 빛 투과도가 감소한다. 광도 농도는 광흡수율의 상용로그로 표시되며 미토콘드리아 활성도(혹은 세포생존률로 사용함)를 의미한다. 대사적으로 왕성한 활동을 하는 세포의 미토콘드리아 전자전달계에 존재하는 탈수소효소 (dehydrogenase)인 succinate tetrazolium reductase (EC1.3.99.1)에 의한 것으로 살아있는 세포에만 유효하다. WST-1 검사는 미토콘드리아 활성도를 측정하는 검사로써 미토콘드리아는 살아있는 세포에서만 기능하므로 세포생존율 검사로서도 이용됩니다. 흡광도가 증가 할수록 미토콘드리아에 의해 반응된 시약의 농도가 증가함을 의미하며 이는 상용로그 값을 가집니다. 최초 A는 혈액에서 혈소판을 분리하여 어떠한 조작이나 보존과정을 거치지 않고 바로 혈소판 미토콘드리아 활성을 측정하였으며 B와 C는 2주간 보존 시약을 넣고 혈소판을 안정화 활성상태에서 미토콘드리아 활성도를 측정할 결과값입니다. A에 비해 B와 C는 각각 약 170%, 185%정도 흡광도가 증가하였는데 이는 혈소판 미토콘드리아 효소에 의해 생성된 반응물질이 A에 비해 B는 5배, C는 6배가량 증가되었음을 의미합니다.
2. 2주후 혈소판내 혈장인자와 사이토카인을 함유한 소포의 형태적 변화
좌측은 전자현미경으로 관찰한 혈액에서 분리한 혈소판을 관찰한 것이고 우측은 시약을 넣고 2주간 보존후에 안정화 상태의 활성혈소판을 관찰한 것입니다. 좌측에 비하여 혈소판이 좀더 원형에 가까워 졌으며 혈소판의 전체적 크기가 커지고 세포내 성장인자를 포함한 과립과 소립이 커지고 풍부해 졌음을 알 수 있습니다.
활성혈소판과 미토콘드리아 이식치료에 대한 소개
미토콘드리아는 세포내에 존재하는 세포 소기관으로서 세포내 소기관으로는 유일하게 DNA 유전정보를 가지고 있으며 어머니로부터 유전되는 세포소기관 입니다. 미토콘드리아는 식물에서 엽록체가 광합성을 통하여 식물의 생존에 필요한 영양소와 에너지를 공급하는 것처럼 미토콘드리아는 세포내에서 에너지 생산을 담당하고 있는 세포소기관입니다. 식물에서 엽록체와 매우 비슷한 역할을 할 뿐 아니라 모양도 비슷합니다.
미토콘드리아는 세포내에서 포도당과 산소를 이용하여 ATP 생산을 하게 되는데 이 ATP는 세포가 활동할 수 있는 연료의 역할을 하게 됩니다. 비유하자면 세포를 움직이게 하는 발전기와 같은 역할을 하게 됩니다. 미토콘드리아는 여러가지 세포내 스트레스(예를 들면 산화스트레스)등에 취약하여 생체내 스트레스에 의해 기능부전이나 기능저하가 발생하게 되는데 이럴 경우 세포의 기능이 저하되는 결과가 초래되어 전체적으로 인체내 세포의 기능이 떨어지게 됩니다. 미토콘드리아 이식치료는 미토콘드리아 기능이 저하된 세포에 기능이 정상인 미토콘드리아를 주입하여 미토콘드리아 기능을 회복시킴으로써 세포의 기능을 정상화 하는 치료를 말합니다.
현재 임상에서 사용할 수 있는 미토콘드리아를 이용한 치료는 다음과 같은 것들이 있습니다.
1. 중간엽 줄기세포(지방줄기세포, 골수유래중간엽줄기세포)를 배양한 후 줄기세포의 세포막을 깨서 처리하면 세포내 미토콘드리아를 포집 할 수 있으며 이러한 줄기세포 유래 미토콘드리아를 이용하여 미토콘드리아 치료를 합니다.
2. 혈관에서 혈소판을 채집하여 얻어진 혈소판을 분해한 후 미토콘드리아를 채집하여 치료에 이용하며 자동으로 혈소판 분리 및 미토콘드리아를 채집하는 기계를 이용한다.
이러한 방법들에 의한 미토콘드리아 치료의 제한점은 다음과 같습니다.
1. 인체내에서 세포나 조직, 장기의 기능부전이나 면역이상이 발생할 경우 기능부전에 빠진 조직세포, 줄기세포 및 면역세포로의 미토콘드리아 이동이 발생하게 됩니다. 이러한 작용이 불충분하게 일어나면 완벽한 조직재생이 발생하지 못하고 질병이 만성화 되며 면역세포 이상이 발생하게 됩니다. 인체내에서 미토콘드리아의 세포내로의 이동(mitochondria transfer라고 함)은 혈소판과 백혈구세포 그리고 조직세포 간에 긴밀하게 발생하게 됩니다. 가장 생리적이면서 효율적인 미토콘드리아 수송 및 전이를 통한 조직재생치료는 혈소판 미토콘드리아를 이용하는 것입니다. 중간엽 줄기세포를 배양하여 미토콘드리아를 채집할 경우 미토콘드리아 치료의 효율이 높지 않습니다. 또한 혈액내 혈소판을 분리하여 미토콘드리아를 얻을 경우 혈소판이 안정된 활성상태에 있어야 미토콘드리아의 치료효율이 좋은데 이러한 안정된 활성상태의 혈소판이 아니라면 미토콘드리아 치료의 효율이 높지 않습니다.
2. 세포를 파괴하여 미토콘드리아를 채집하여 미토콘드리아를 투입하는 것보다 안정화 상태의 혈소판이 보다 효율적으로 미토콘드리아의 세포내 이동이 가능하기 때문에 좀 더 이상적인 미토콘드리아 치료가 됩니다. 그러기 위해서는 안정상태의 활성혈소판을 미토콘드리아 치료에 이용해야 합니다.
혈소판이 활성화 될 경우 혈소판내의 미토콘드리아의 분포, 크기, 수의 변화가 발생하며 형태학적으로 Fission(갈라짐) 현상이 발생하는데 이러한 현상은 미토콘드리아의 수송 및 치료효과발생에 필수적인 요소임을 보고하였습니다.
결론은 안정화된 활성혈소판이 이상적인 미토콘드리아 이식 치료가 될 수 있음을 의미합니다.
논문에서 보고된 미토콘드리아 이식치료의 기전
논문에서 보고된 미토콘드리아 이식치료의 기전 크게 5가지 형태가 있으며 TNTs(Tunnel Nanotubes), EVs(Extracellular vesicle), Extrusion, Cell fusion, GJCs(Gap junction channels)로 나뉩니다. 이중 TNTs, EVs, Cell fusion, GJCs는 살아있는 세포와 세포사이(cell to cell)의 방법이며 Extrusion은 미토콘드리아를 직접적으로 수용세포에 전달하는 방법으로 현재 대부분 미토콘드리아 이식치료는 Extrusion 방법을 사용합니다.
일반적으로 사용하는 미토콘드리아 이식치료의 방법은 중간엽 줄기세포를 배양한 후 세포를 파괴하여 세포에서 유출되는 미토콘드리아를 채취하거나 혈액에서 혈소판을 포집 한 후 얻어진 혈소판을 파괴하여 유출되는 혈소판을 얻어 미토콘드리아를 이식하는 방법을 사용하고 있습니다. 이러한 방법은 미토콘드리아 이식에 필요한 미토콘드리아 수를 확보하는 데는 충분하지만 Extrusion-분리된 미토콘드리아를 수용세포에 접촉시켜 이송하는 것-방법에 의해서 미토콘드리아 수송이 이루어집니다. 효율적인 미토콘드리아 이식을 위해서는 살아있는 세포내 미토콘드리아를 이용하는(cell to cell mitochondria transfer)것이 이상적입니다. 안정화된 살아있는 활성혈소판을 이용한 미토콘드리아 이식치료는 가장 이상적인 방법이라 할 수 있습니다.
줄기세포 기능 향상
혈소판이 줄기세포에 기능이 살아있는 미토콘드리아를 수송하여 줄기세포 기능을 향상시키는 것을 보고한 논문입니다.
활성혈소판 치료영역
활성혈소판 치료영역은 크게 세포, 조직 장기의 기능부전과 면역기능 이상 치료입니다. 내분비 췌장세포 부전회복을 하여 당뇨병을 치료, 신경세포 기능부전을 회복하여 파킨슨, 치매 등에 효과적이며, 모낭 세포 기능 회복을 통해 탈모질환을 치료합니다. 또한 조직 노화 회복을 통해 안면미용시술에 사용하며 신체 기능 회복 및 증진의 기전을 통해 스포츠 기능의학, 발기부전 등을 치료합니다. 인대 및 연골손상 회복에도 효과적입니다. 면역기능 이상에 관한 치료는 류마티스, 루프스 등 자가면역질환을 치료하며 알레르기, 아토피, 천식, 비염 등을 치료합니다.