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최경민 숙명여대 화공생명공학부 교수, 줄기세포 자동 분화 플랫폼 세계 최초 개발
최경민 숙명여대 화공생명공학부 교수, 줄기세포 자동 분화 플랫폼 세계 최초 개발
  • 방완재
  • 승인 2022.05.06 14:12
  • 댓글 0
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- 신경세포 취득을 위해 필요한 외부 분화인자 처리 없이 고효율 신경세포 취득 성공

- 중앙대 김태형 교수팀과 공동 연구, Science 자매지인 Science Advances(IF: 14.136)에 게재

숙명여자대학교 화공생명공학부 최경민 교수(랩인큐브(주) 대표 겸직)팀이 희귀질환 치료제 개발에 사용되는 신경줄기세포를 외부 분화인자 처리없이 고효율로 취득하는 새로운 줄기세포 분화 플랫폼을 개발하는데 성공했다. 본 기술이 상용화되면 줄기세포 기반의 다양한 치료제 생산에 획기적인 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 중앙대 김태형 교수팀과 공동으로 수행했으며, 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 Science 자매지인 Secience Advances(IF: 14.136)에 4월 20일자로 게재됐다.

최경민 숙명여대 화공생명공학부 교수(랩인큐브(주) 대표 겸직)
최경민 숙명여대 화공생명공학부 교수(랩인큐브(주) 대표 겸직)

줄기세포는 ‘분화’라는 과정을 통해 인체를 구성하는 다양한 세포로 전환이 가능한 세포로서, 퇴행성 및 희귀질환 치료를 위한 세포치료제 개발 연구에 중요하게 쓰인다. 실제 생체 내의 줄기세포는 복잡한 생체 정보 뿐만 아니라 분화 및 성장에 필요한 영양소를 끊임없이 공급받으며 다양한 거동이 조절된다. 따라서 줄기세포 치료제의 분화 효율과 안정성을 향상시키기 위해선 실제 생체 내 환경의 특성을 모사한 실험실 배양 환경 조성이 핵심적이다.
 
현재 다양한 나노구조 및 물질을 이용한 연구가 진행되고 있지만, 원하는 세포를 얻기 위한 핵심 분화기술은 여전히 다양한 분화 및 성장인자를 세포 배양액에 첨가하고 이를 주기적으로 교체하는 불연속적 공급 방식에 의존하고 있어 줄기세포 분화 효율 및 세포 취득률이 크게 변동한다는 한계가 있다.
 
공동 연구팀은 기존의 실험실 환경에서 신경줄기세포의 신경분화를 자동적으로 유도함으로써, 실제 생체 내 환경 특성을 모사하고, 줄기세포의 분화 효율을 극대화할 수 있는 새로운 줄기세포 분화플랫폼을 개발했다. 본 플랫폼은 신경줄기세포의 신경분화에 유리한 나노 홀 패턴과 장기간 일정하게 신경분화에 필수적인 인자를 방출할 수 있는 금속-유기 골격체 나노입자로 구성된다. 플랫폼은 분화 유도 인자를 담지한 금속-유기 골격체 나노입자가 단일 나노 홀 내부에 하나씩 위치하도록 구성한 세계 최초의 세포 배양 플랫폼이다.

 

금속-유기구조체와 나노홀 패턴을 이용해 외부 분화인자없이 줄기세포 분화를 했다.
금속-유기구조체와 나노홀 패턴을 이용해 외부 분화인자없이 줄기세포 분화를 했다.

플랫폼은 ▲나노 홀 패턴의 형상이 자체적으로 신경줄기세포의 신경분화를 유도하는데 적합한 구조라는 점 ▲분화인자가 나노입자 내부에서 배양액에서보다 높은 화학적 안정성을 가져 세포에게 보다 안정적으로 분화인자를 공급할 수 있다는 점 ▲분화인자를 담지한 나노입자로부터 일정한 농도의 분화유도인자를 약 한 달 이상 장기간 방출시킬 수 있다는 점 ▲나노입자를 단일 나노홀 내부에 하나씩 담지함으로써 약 3주 이상이 소요되는 줄기세포의 신경분화 기간 동안 세포와 나노입자 간의 접촉을 막고, 나노입자의 소실없이 신경분화가 자동적으로 유도될 수 있다는 장점이 있다.
 
이에 따라 약 2주 후의 신경분화 효율을 비교한 결과, 기존의 분화 프로토콜 대비 43배 이상 신경분화가 촉진되었음이 확인됐다. 또한, 어떤 종류의 추가적인 분화 유도인자도 첨가하지 않아 분화 과정 자체가 매우 간단하게 되어 각 분화용 배치 간의 세포 취득 효율도 매우 안정적인 것을 확인할 수 있었다.
 
최경민 교수는 “이번에 개발한 플랫폼은 줄기세포 분화를 자동 유도함으로써 매우 간단하고 효율적으로 줄기세포 분화가 가능하고 나아가 신경줄기세포 뿐만 아니라 간엽줄기세포, 유도만능줄기세포, 배아줄기세포 등을 포함해 다른 종류의 줄기세포 분화에도 활용할 수 있어 퇴행성 및 희귀질환 치료를 위한 줄기세포 기반의 세포 치료제 생산에 새로운 플랫폼으로 사용할 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

 


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