KAIST, 동물 성분없는 장 줄기세포 첨단 배양기술 개발

KRISS-KRIBB 협업, 이종 성분 의존 탈피, 세포 골격 재구성

장 줄기세포 무이종 환경에서 대량 배양…난치성 장질환 치료 전기

[대전=뉴시스] KAIST가 한국표준과학연구원(KRISS), 한국생명공학연구원(KRIBB)과 공동연구를 통해 동물 성분없는 장 줄기세포 재생 기술을 확보했다.(왼쪽부터)공동연구를 진행한 KAIST 임성갑 교수·박성현 박사·선상유 석사, KRIBB 손미영 박사,(상단)KRISS 이태걸(왼쪽) 박사, KRISS 손진경 박사.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국과학기술원(KAIST)이 정부출연연구원과 협업해 동물 유래 성분이 없어도 인간의 장 줄기세포를 안정적으로 키우고 손상 조직의 재생능력을 높일 수 있는 첨단 배양기술을 개발했다.

23일 KAIST는 생명화학공학과 임성갑 교수팀이 한국표준과학연구원(KRISS) 이태걸·한국생명공학연구원(KRIBB)손미영 박사팀과 공동 연구를 통해 무이종(Xenogeneic-Free) 환경에서 장 줄기세포의 이동과 재생능력을 획기적으로 향상시키는 고분자 기반 배양플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

환자 본인의 세포로 만든 장 줄기세포(ISCs)는 거부반응이 적어 난치성 장질환 치료의 대안으로 주목받고 있으나 동물 유래 성분(이종 성분)에 의존한 현재의 배양방식은 안전성과 규제 문제 등 임상 적용에 한계가 있다.
 
이번에 공동 연구팀이 확보한 기술은 고분자 기반 배양 표면 기술 'PLUS(Polymer-coated Ultra-stable Surface)'로 동물 유래 물질이 필요없다. 이로 줄기세포 치료제의 임상적용을 가로막는 '쥐 섬유아세포나 매트리젤(Matrigel)' 등에서 나온 성분이 바이러스로 인해 환자에게 이식될 경우 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있게 됐다.

PLUS는 기상증착 방식으로 코팅된 합성고분자 표면으로, 표면에너지와 화학조성을 정밀하게 제어해 장 줄기세포의 부착력과 대량 배양 효율이 매우 높다.

특히 상온에서 3년간 보관 후에도 동일한 배양 성능을 유지해 줄기세포 치료제의 산업적 확장성과 보관 편의성까지 확보했다.

연구팀은 단백체(Proteomics) 분석을 통해 PLUS 환경에서 배양된 장 줄기세포에서 세포 골격 재구성과 관련된 단백질 발현이 크게 증가한다는 사실을 입증했다.
 
단백체(Proteomics) 분석은 세포나 조직 안에 존재하는 모든 단백질의 종류와 양 변화를 한꺼번에 분석하는 기법이다.

또 세포 골격 단백질 결합과 액틴(Actin) 결합 단백질의 발현이 증가하면서 세포 내부구조가 안정적으로 재편되고 줄기세포가 기판 위에서 빠르고 활발하게 이동할 수 있는 힘의 원천이 형성된다는 사실도 확인했다.

연구팀이 홀로토모그래피 현미경으로 실시간 관찰한 결과, PLUS 위에서 배양된 장 줄기세포는 기존 표면 대비 약 2배 빠른 이동 속도를 보였고 손상된 조직모델에서는 일주일 만에 절반 이상이 복구되는 뛰어난 재생 성능이 나타났다.

개발된 PLUS 배양 플랫폼은 인간 만능줄기세포(hPSC)로부터 유도된 장 줄기세포의 안전한 대량 배양과 임상 적용 가능성을 크게 높일 기술로 평가되며 국제 학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 온라인판에 지난달 26일 게재됐다.
 
임성갑 KAIST 교수는 "이번 연구에서 줄기세포 치료제의 임상 적용을 가로막던 이종 성분 의존성을 해소하고 줄기세포의 이동과 재생능력을 극대화하는 합성 배양 플랫폼을 제시했다"며 "재생의학 분야의 패러다임 전환을 이끌 계기가 될 것"이라고 말했다.


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