"'재생의학 핵심' 줄기세포, 몸속 환경처럼 키운다"…치료 효과↑

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 전상용 교수 연구팀이 줄기세포를 더 건강하게 키울 수 있는 새로운 배양 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구팀은 세포가 실제 몸속처럼 자랄 수 있도록 돕는 '인공 바닥'(배양 기판)에 고분자 매트릭스를 적용하고, 그 위에서 인간 지방유래 줄기세포(hADSCs)를 입체적으로 배양하는 3차원 플랫폼을 구현했다.

줄기세포는 미분화 상태에서 특정 조직으로 분화하거나 자기 복제 능력을 가진 세포로, 재생의학의 핵심으로 꼽힌다.

인간의 지방 조직에서 얻는 줄기세포는 채취가 쉽고 잘 증식하며 면역 거부 반응이 적어 치료용 세포로 주목받아 왔다. 그러나 기존 2차원(평면) 배양 방식에서는 시간이 지나면서 세포가 늙고 기능이 떨어지는 문제가 있었다.

이를 개선하기 위해 세포를 덩어리 형태로 키우는 3차원(입체) 배양 기술이 연구됐지만 세포가 몸속에서 오래 살아남거나 기능을 유지하는 데 여전히 한계가 있었다.

연구팀은 문제를 해결하기 위해 실록산이 촘촘히 가교화된 합성 고분자 물질 '폴리-지'(Poly-Z)를 개발했다.

이 물질은 배양 기판 표면의 물리화학적 특성을 바꿔 세포 배양 배지에 들어있는 알부민 단백질의 흡착을 촉진한다. 이는 세포들이 바닥에 붙지 않고 자기조립을 통해 3차원의 스페로이드(세포 덩어리) 구조체를 형성하도록 한다.

폴리-지를 활용한 3차원 배양 환경에서 형성된 줄기세포 스페로이드는 세포외기질의 생성이 늘어 실제 몸속과 유사한 환경을 갖추고 기존 방식보다 높은 성능을 보였다.

실험 결과, 폴리-지 기반 3차원 배양 줄기세포는 분화능력과 면역 반응 조절 능력이 향상됐다. 체내에서 살아남는 시간도 크게 증가한 것으로 나타났다.

특히 급성 대장염과 급성 간 손상 동물 모델에서도 기존 방식보다 더 우수한 치료 효과를 보였다. 이는 같은 양의 줄기세포를 투여하더라도 더 오래 살아남고 더 활발하게 작용해 치료 효과를 높일 수 있음을 의미한다.

연구팀은 이번 기술이 세포를 단순히 모아놓는 것이 아니라 몸속과 비슷한 '살기 좋은 환경'을 만들어 준다는 점을 확인했다.

이 과정에서 인테그린(세포가 주변 환경을 인식하는 단백질)과 FAK 신호전달(세포가 외부 신호를 받아 내부 반응으로 바꾸는 과정)이 활성화되면서 줄기세포의 기능이 강화되는 것으로 나타났다.

이는 세포가 주변 환경을 더 잘 감지하고 활발하게 반응하면서 스스로의 기능을 더 잘 발휘하게 된다는 의미다. 그 결과, 체내 이식 후 세포의 생존율이 높아지고 치료 효과도 함께 향상됐다.

전 교수는 "이번 연구는 합성 고분자 기반의 정밀한 3차원 배양 환경을 통해 줄기세포의 기능과 치료 효능을 동시에 향상시킬 수 있음을 보여준 성과"라며 "염증성 질환을 비롯한 다양한 난치성 질환 치료를 위한 차세대 줄기세포 치료제 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

KAIST 이노코어(InnoCORE) AI-혁신신약연구단 서창진 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science) 온라인판에 게재됐다.

연구는 범부처재생의료기술개발 사업단의 범부처재생의료기술개발사업, KAIST 이노코어 프로그램, 한국연구재단의 리더연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

jongseo12@news1.kr