국내 연구진이 의약품의 원료인 단백질, 호르몬 등을 생산하는 동물세포 배양기에서 초(CHO)세포가 손상되는 것을 줄여 생산성을 높이는 기술을 개발했다.
김주민 아주대 에너지시스템학과 교수와 황욱렬 경상대 기계항공공학부 교수팀은 17일 동물세포 배양기 내 기포 파열로 세포 손상을 측정하는 장치를 개발하고 기포 크기를 조절해 세포손상을 줄이는 기술을 개발했다고 밝혔다.
의약품을 만들 때는 동물세포 배양기를 이용한다. 생산성을 높이려면 세포가 손상되지 않는 조건을 만드는 것이 가장 중요하다. 동물세포 배양기에 산소를 공급할 때 발생하는 기포는 세포손상의 주요 원인으로 꼽힌다. 기포가 표면에서 터질 때 충격(신장응력)으로 세포가 손상되는데 이때 세포 손상 정도를 정확히 측정하는 데 어려움이 많았다.
이번 연구는 세포가 터지는 순간이 어느 조건에서인지 밝힌 것에 의미가 있다. 연구진은 십자모양 미세유로를 이용해 신장유동을 조절하는 기술을 활용했다. 신장유동을 모사할 수 있는 소자를 제작해 세포 손상에 끼치는 임계 신장 응력을 측정하는 연구를 진행했다.
연구진은 기포 파열로 세포손상을 측정하는 미세유체장치를 제작했다. 기포 크기에 따른 세포손상 정도를 파악한 다음 세포손상을 최소화할 수 있는 크기의 기포가 생성되도록 산소를 공급하는 방법을 개발했다.
실험으로 얻은 결과를 종합하면 세포가 손상 받기 시작하는 임계 응력 값을 구할 수 있었다. 초세포가 기계적인 응력으로 손상되는 임계 응력은 약 250Pa 정도다. 기포 파열 과정에서 수반되는 신장 응력의 크기는 기포 크기가 작을수록 급격히 커진다. 연구 결과는 작은 크기의 기포가 다수 존재하는 생물 반응기는 세포 손상이 심각할 수 있음을 보여준다. 연구진이 개발한 미세유체 소자를 이용해 세포가 손상되는 임계 응력을 사전에 파악하면 생물 반응기를 설계하는 과정에 큰 도움을 줄 수 있게 된다.
연구팀은 실제 세포 배양 시 생산성을 얼마나 높이는지 확인하기 위해 한국생명공학연구원 의뢰해 기존 동물세포 배양기와 미세유체장치의 결과를 도입했다. 새로운 동물세포 배양기의 비교 실험을 실시한 결과 미세유체장치의 결과를 도입한 동물세포 배양기가 기존 대비 높은 생산성을 나타낸 것을 확인했다.
비교 실험에서 치료용 항체(IgG) 단백질은 기존 동물세포 배양기에서 리터당 112㎎이 생산됐으나 미세유체장치 결과를 도입한 동물세포 배양기에서는 126㎎이 생산됐다.
김주민 교수는 “개발한 미세유체소자 장치는 재조합 단백질 생산의 70%에 사용되는 초세포 뿐만 아니라 혈구나 효모, 다른 동물세포가 손상되는 임계응력을 확인하는 데 쓰일 수 있다”며 “기계적인 세포 손상이 중요한 인공 심장 개발 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구결과는 영국 왕립 화학회 학술지 ‘랩 온 어 칩(Lab on a chip)’에 신년호 표지논문으로 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
