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유도만능줄기세포 대용량 배양 위한 나노 플랫폼 개발

윤명한 GIST 교수팀-양은경·김소연 KIST 박사팀
줄기세포 대용량 경제적 배양 가능성 열어

(광주=뉴스1) 김한식 기자 | 2016-10-10 09:12 송고
플라스틱 2차원 배양기판(왼쪽)에서 형성된 유도만능줄기세포의 세포군체와 수직형 실리콘 나노기둥 구조에서 형성된 유도만능줄기세포의 세포군체의 모습의 형광촬영사진. 형광 녹색의 구체들이 유도만능줄기세포 군체이며, 페트리디쉬 대비 수직형 실리콘 나노기둥 구조에서 더 크고 완벽한 구체인 세포군체가 형성됨을 확인 할 수 있다. (GIST 제공) 2016.10.10© News1

GIST(광주과학기술원·총장 문승현)는 윤명한 신소재공학부 교수팀이 재사용이 가능한 대면적 나노기둥 구조를 이용해 유도만능줄기세포의 세포군체를 더 큰 형태로 배양할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 10일 밝혔다.

윤 교수팀이 양은경·김소연 한국과학기술원(KIST) 박사팀과 공동 개발한 이 배양 플랫폼을 이용하면 재생의학 분야에서 사용할 대용량 유도만능줄기세포를 보다 경제적으로 배양할 수 있을 것으로 기대된다. 

유도만능줄기세포란 완전히 자란 체세포에 세포 분화 관련 유전자를 지닌 조작된 유전자를 주입해 세포 생성 초기의 단계로 돌아가게 해 다분화능을 가지도록 유도된 세포를 말한다. 

재생의학은 인간의 세포·조직·장기를 대체하거나 재생시켜 원래의 기능을 할 수 있도록 복원하기 위해 줄기세포를 포함한 약물이나 소재 및 의료기기 등을 이용하는 전반적인 기술을 포괄하는 분야를 지칭한다.

유도만능줄기세포를 필요한 세포로 분화시키기 이전까지는 구형(球形)의 세포군체 안에 많은 세포들이 높은 활성 상태 즉, 세포생존능에서 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 능력(다분화능)을 유지하는 것이 중요하다.

하지만 기존 유도만능줄기세포 배양 방법들은 세포군체 형성 방법이 복잡하거나 세포생존능이 낮고, 형성된 세포군체를 회수하기 어려워 이를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다.

GIST와 KIST의 연구팀은 유도만능줄기세포의 실제 적용을 위한 기초단계로 세포군체 형성을 유도·촉진하는 수직형 실리콘 나노기둥 구조체로 이루어진 배양 플랫폼을 개발했다.

공동 연구팀은 금속을 촉매로 한 화학적 식각(에칭·Etching)을 통해 나노기둥 구조체의 직경·밀도·길이 등을 조절, 유도만능줄기세포의 세포군체 형성에 최적화된 조건을 확립했다. 이어 3인치 실리콘 웨이퍼에서 제작된 수직형 실리콘 나노기둥 구조체 위에서 대량의 유도만능줄기세포 군체를 형성시켰다.

이 배양 플랫폼으로 형성된 유도만능줄기세포 세포군체의 세포생존능을 분석한 결과 약 100%의 매우 높은 세포생존능력을 나타냈다. 형성된 세포군체의 평균 직경은 400㎛로 대조군 대비(150㎛) 2.6배 더 크게 형성됐다.
윤명한 GIST 교수.(GST 제공) 2016.10.10

또 나노구조체 위에서 형성된 세포군체는 피펫을 이용한 약한 수압을 가하는 방법으로 쉽게 회수가 가능했으며 세포군체 회수 후 같은 나노기둥 구조체에서 4회에 걸쳐 유도만능줄기세포 세포군체의 재배양이 가능함을 확인했다. 

특히 단백질 분석 결과, 유도만능줄기세포의 세포분화와 관련된 단백질인 나노그(Nanog)가 대조군보다 많이 발현돼 줄기세포 특성을 유지하고 있음을 규명하는 데 성공했다.

윤명한 교수는 "유도만능줄기세포는 배아줄기세포의 윤리적인 문제를 해결할 수 있는 대안으로서 최근 재생의학 분야에서 가장 관심이 큰 주제"라며 "이번에 개발한 수직형 실리콘 나노구조체 배양법은 신약 개발을 위한 약물 스크리닝이나 대체조직 생산 등을 위한 유도만능줄기세포의 대용량 배양에 이용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 

이번 연구는 GIST 연구원(GRI)의 지원을 받아 수행됐으며 논문은 나노기술 분야 권위지인 나노스케일(Nanoscale)에 최신호 온라인 판에 게재됐다.


hskim@

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