국내 연구진이 그래핀 위에 인간 역분화 줄기세포를 배양할 수 있는 기술을 개발했다. 기존 세포 배양 한계였던 감염 위험성 없이 저렴하게 임상등급에 사용할 줄기세포를 대량 생산할 수 있다. 재생의학과 임상치료에 ‘안전한 줄기세포’를 이용하는 시대가 열릴 전망이다.
김정범 울산과학기술원(UNIST) 생명과학부 교수(UNIST 막스플랑크 파트너그룹장, 한스쉘러줄기세포연구센터장) 연구팀(이하 김 교수팀)은 그래핀을 이용해 지지세포 없이(Feeder-free) 인간 역분화줄기세포를 배양하는 기술을 세계 최초로 개발해 발표했다. 이 연구에는 권순용 UNIST 신소재공학부 교수팀이 참여했다.
배아줄기세포나 역분화줄기세포(iPSC)는 모든 세포로 분화할 수 있는 ‘전분화능줄기세포(Pluripotent stem cell)’로 재생의학 분야에 필요한 자원이다. 하지만 아직까지 안전하게 임상에 쓸 수 있는 전분화능줄기세포 배양법이 나오지 않았다. 동물 유래물질로 인한 감염 위험 때문이다.
기존 배양법은 줄기세포를 분화하지 않는 상태로 유지하고자 동물에서 얻은 ‘지지세포(Feeder cell)’나 ‘세포 외 기질(ECM)’을 반드시 사용해야 했다.
이렇게 동물에서 얻은 물질을 이용해 줄기세포를 배양하면 임상에 적용할 때 동물유래 병원균 감염 가능성이 있다. 이를 극복한 ‘합성고분자 지지체’가 나오기도 했지만 제작 비용이 높고 세포배양 시 분해되는 단점이 있어 장기간 배양이 어려웠다.
김 교수팀은 그래핀 기반의 지지체에 줄기세포를 배양하는 방법으로 이를 해결했다.
그래핀 표면에 나노 단위의 마루(Ridge)를 만들고 친수성을 띠도록 제작해 세포 부착과 성장에 좋은 여건을 만들었다.
연구에 참여한 제1저자 이현아, 남동규 UNIST 석〃박사통합과정 연구원은 “그래핀 표면을 울퉁불퉁하게 만들어 세포를 잘 부착할 수 있고 물도 잘 함유할 수 있는, 세포 배양에 유리한 지지체를 확보했다”고 말했다.
그래핀은 탄소 원자가 평면 형태의 얇은 막 구조를 이룬 나노물질이다. 그래핀의 생리화학적 특성을 이용해 세포성장과 분화를 조절하는 세포 지지체 응용 연구는 있었다. 하지만 인간 역분화줄기세포로 유지하며 배양에까지 적용해 성공한 사례는 처음이다.
개발한 그래핀 지지체는 제작이 간단하고 저렴하다. 배양된 줄기세포는 세포 전분화능(Pluripotency)과 자가증식(Self-renewal) 능력을 장기간 유지했다. 지지세포에서 배양한 것과 유사한 세포접착 유전자 발현과 특성도 확인됐다.
김 교수는 “그래핀을 단독으로 사용해 최적의 배양조건에서 안전하게 임상에 적용할 수 있는 줄기세포주를 확보하는 기술”이라며 “향후 임상등급 줄기세포의 대량 생산이 가능해 재생의학 분야 발전에 크게 기여할 것”이라 말했다.
연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 ‘바이오·의료기술개발사업’과 정보통신기술진흥센터의 ‘IT·SW융합 산업원천기술개발사업’ 지원 아래 수행됐다. 연구 성과는 2월 5일자 ‘사이언티픽 리포트’ 온라인 판에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
