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온도 제어 세포배양 기술로 인체 유래 상피세포 배양 성공

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2019년 06월 10일 17:27 프린트하기

온도를 조절해 원하는 위치와 형태로 다양한 세포를 배양할 수 있는 플랫폼이 개발됐다. 국제학술지 ′바이오머티리얼스 사이언스′ 6월호 표지그림으로 선정됐다. -사진제공 바이오머티리얼스 사이언스
온도를 조절해 원하는 위치와 형태로 다양한 세포를 배양할 수 있는 플랫폼이 개발됐다. 국제학술지 '바이오머티리얼스 사이언스' 6월호 표지그림으로 선정됐다. -사진제공 바이오머티리얼스 사이언스

국내 연구진이 세포를 넓은 면적으로 키워 인체의 손상 부위에 이식하는 재생의료 기술인 ‘세포시트’를 3차원 형상으로 제작할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.


포스텍은 김동성 기계공학과 교수와 최이현 연구원, 서경덕 원광대 기계공학과 교수팀이 온도 변화에 따라 특성이 달라지는 특수고분자를 이용해 3차원 형상의 세포시트를 제작할 수 있는 ‘온도감응형 3차원 세포배양 플랫폼’을 개발했다고 10일 밝혔다.


연구팀은 온도에 따라 물과 결합하거나 물을 밀어내는 성질이 변하는 고분자인 ‘폴리나이팜’에 주목했다. 체온보다 높은 37도 이상이 되면 물을 내보내지만, 상온으로 온도가 떨어지면 물을 머금으면서 표면이 거칠어지는 성질이 있는 소재다. 세포는 표면이 거칠어지면 표면에서 떨어지는 특성이 있기에, 거칠기를 인위적으로 변화시키면 인공적으로 세포를 배양하는 과정을 마음대로 조절할 수 있다.

 

연구팀은 폴리나이팜을 젤 형태로 빚었다. 먼저 폴리나이팜 함유량과 단단한 정도를 조절한 결과, 다른 지지체 없이 혼자 사용할 수 있으면서 동시에 온도 변화에 따라 표면의 거칠기가 크게 변하는 젤을 만드는 데 성공했다.


이어 이 젤에서 세포를 '세포시트' 형태로 키우는 실험을 했다. 그 결과 실험실에서 사용하는 공인된 세포인 '세포주'는 물론, 환자의 체내에서 직접 채취한 세포인 ‘1차 배양세포’까지 다양한 세포의 세포시트를 이 플랫폼에서 수확할 수 있다는 사실을 확인했다. 연구를 주도한 최이현 연구원은 “특히 인체에서 유래한 상피세포는 거의 배양이 불가능하다고 여겨졌는데, 이번 실험에서는 상피, 내피 세포 등을 모두 배양하는 데 성공했다”고 말했다.

 

연구팀은 온도를 조절해 원하는 부위와 형태로 세포를 배양하는 데도 성공했다. 예를 들어 인체의 온도와 비슷한 37도로 맞춘 플랫폼에서는 표면 모든 곳에서 세포주가 잘 자랐다. 환자에게서 얻은 세포 역시 울퉁불퉁한 부분의 높이 차이가 30nm(나노미터, 1nm는 10억 분의 1m) 이하인 비교적 거칠기가 낮은(매끄러운) 표면에 잘 붙어 배양됐다. 


하지만 온도가 20도로 낮아지면 상황이 달라졌다. 세포주는 울툴불퉁한 부분의 높이 차가 10μm(마이크로미터, 1μm는 100만 분의 1m) 이상의 거친 표면에서는 플랙폼에 붙지 못했고, 1차 배양 세포 역시 19μm 이상의 거칠기를 지닌 곳에서 전부 떨어졌다. 연구팀은 이 방법으로 원하는 곳에 원하는 형태로만 세포주 또는 1차 배양세포가 자라도록 조절하는 기술을 완성했다. 연구팀은 "시트 제작 시간은 기존 7일에서 3일로 절반 이하로 단축됐고, 세포시트 기능도 향상된 것으로 나타났다"며 배양 효율 역시 높았다고 밝혔다..


김동성 교수는 “이번 연구를 통해 제안된 하이드로젤 기반의 온도감응형 3차원 세포배양 플랫폼은 모든 종류의 세포를 세포시트로 만들어 수확할 수 있다”며 “세포시트를 이용하는 재생의학 분야 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 생체 재료 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼스 사이언스’ 6월호에 발표됐다.
 

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