가톨릭대 강한창 교수 공동연구팀, ‘고분자 ATP’로 심장 기능 회복 가능성 제시

가톨릭대학교(총장 최준규) 약학대학 강한창 교수 연구팀이 국가독성과학연구소(소장 허정두) 강선웅 책임연구원 연구팀, 순천향대학교 조하나 교수 연구팀과 함께 세포의 에너지원인 ATP를 사슬처럼 연결한 고분자 ATP(poly-ATP)를 활용해 저온·동결 보존 후 심근세포와 심장의 기능 회복을 돕는 전략을 제시했다.

  세포와 장기를 낮은 온도에서 보존하면 에너지 소비를 줄일 수 있지만, 보존과 회복 과정에서 발생하는 에너지 부족과 기능 저하까지 막기는 어렵다. 특히 심장은 지속적인 에너지 공급이 필요한 장기여서 세포가 살아남더라도 정상적인 전기적 활동과 수축 기능이 충분히 회복되지 않을 수 있다. 기존에는 이를 보완하기 위해 ATP를 외부에서 공급하는 방법이 연구돼 왔지만, ATP가 세포 밖에서 빠르게 분해돼 효과가 제한적이라는 한계가 있었다. 

  연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 여러 ATP 분자를 화학적으로 연결한 고분자 ATP를 활용했다. 연구팀은 고분자 형태에서도 ATP의 생물학적 활성이 유지되는지, 일반 ATP(mono-ATP)보다 더 오래 이용 가능한 상태로 남는지를 확인했다. 또한 고분자 ATP가 특정 효소에 의해 저분자 물질로 분해되는 특성을 밝혀 효소 반응형 ATP 기반 소재로서의 가능성도 제시했다. 

  혈청이 포함된 조건에서 ATP 활성을 측정한 결과, 1시간 뒤 일반 ATP는 초기 활성의 0.18%만 남은 반면 고분자 ATP는 27.4%를 유지했다. 고분자화가 검출 가능한 ATP 활성을 훨씬 오래 유지시킬 수 있음을 보여주는 결과다. 

  이러한 차이는 보존 후 기능 회복에서도 나타났다. 액체질소에서 7일간 동결 보존한 심근세포에서는 고분자 ATP 처리군이 일반 ATP 처리군보다 자발적인 전기적 활동을 회복한 세포의 비율이 높았다. 또 쥐에서 적출한 심장을 2~8℃에서 1시간 보존한 뒤 관류해 평가한 실험에서는 고분자 ATP가 좌심실 압력과 수축·이완 속도 등 주요 심장 기능 지표의 회복을 유의하게 개선했다. 반면 일반 ATP의 장기 수준 효과는 제한적이었다.

  연구팀은 쥐 심장 조직의 ATP 분해효소 활성이 3차원 심근세포 집합체보다 약 35배 높다는 점도 확인했다. 이는 ATP 공급 전략을 설계할 때 단순한 공급량뿐 아니라 실제 조직의 ATP 분해 능력과 ATP가 이용 가능한 상태로 유지되는 시간을 함께 고려해야 한다는 점을 시사한다. 

  이번 연구는 기존 세포 수준 연구를 적출 심장 모델까지 확장해 ATP 고분자화가 보존 후 장기 기능 회복에 기여할 수 있음을 보여줬다는 점에 의미가 있다. 향후 장기 보존액과 재생의료용 세포 보존 기술을 보완하는 소재로 활용될 가능성이 있으며, 장기간 보존 및 실제 이식 환경에서의 효과는 후속 연구를 통해 검증할 필요가 있다. 

  이번 논문에는 강한창 교수와 강선웅 책임연구원이 공동 교신저자로, 순천향대학교 바이오의약전공 조하나 교수와 국가독성과학연구소 심혜은 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 

  이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단, 범부처재생의료기술개발사업단, 국가독성과학연구소의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’(분야 상위 4%, 영향력지수(IF) 12.5)에 2026년 9월 13일 온라인 게재됐다.