대전=정일웅기자
장(臟) 줄기세포를 동물 성분 없이 배양할 수 있는 기술이 개발됐다. 장 줄기세포는 환자 자신의 세포로 만들었을 때 거부 반응이 적어 난치성 장 질환을 치료하는 데 새로운 대안으로 주목받는다. 하지만 그간에는 동물 유래 성분(이종 성분)에 의존해야 하는 배양 방식 탓에 안전성, 규제 문제에서 자유롭지 못했다.
연구 개념도 (AI 이미지). KAIST 제공
KAIST는 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 한국표준과학연구원(KRISS) 나노바이오 측정그룹 이태걸 박사 연구팀, 한국생명공학연구원(KRIBB) 줄기세포 융합연구센터 손미영 박사 연구팀과 공동연구를 진행해 무이종(Xenogeneic-Free) 환경에서 장 줄기세포의 이동과 재생 능력을 향상시키는 '고분자 기반 배양 플랫폼'을 개발했다고 23일 밝혔다.
먼저 공동연구팀은 동물 유래 물질 없이 사용 가능한 고분자 기반의 배양 표면 기술인 'PLUS(Polymer-coated Ultra-stable Surface)'를 개발했다.
PLUS는 기상 증착 방식으로 코팅된 합성 고분자 표면이다. 표면 에너지와 화학 조성을 정밀하게 제어해 장 줄기세포의 부착력과 대량 배양 효율을 높인 게 강정이다. 또 상온에서 3년간 보관해도 동일한 배양 성능을 유지해 줄기세포 치료제의 산업적 확장성과 보관 편의성을 두루 갖췄다.
공동연구팀은 PLUS 환경에서 배양된 장 줄기세포의 세포 골격 재구성 과정에서 단백질 발현이 크게 증가한다는 사실도 단백체(Proteomics) 분석을 통해 규명했다. 단백체 분석은 세포나 조직안에 존재하는 모든 단백질의 종류와 양적 변화를 일괄 분석하는 방법을 말한다.
이를 통해 공동연구팀은 세포 골격 단백질 결합과 액틴(Actin) 결합 단백질의 발현이 증가하면서 세포 내부 구조가 안정적으로 재편되고 줄기세포가 기판 위에서 보다 빠르고 활발하게 이동할 힘의 원천이 형성됨을 확인했다.
(왼쪽부터) KAIST 임성갑 교수·박성현 박사·선상유 석사, KRIBB 손미영 박사, (상단 우측) KRISS 이태걸·손진경 박사. KAIST 제공
특히 홀로토모그래피 현미경으로 실시간 관찰한 결과, PLUS 위에서 배양된 장 줄기세포는 기존 표면 대비 2배 빠른 이동 속도를 보였으며 손상된 조직 모델에서는 1주일 만에 손상된 부위의 절반 이상이 복구되는 재생 성능이 확인됐다.
이는 PLUS가 줄기세포의 세포 골격 활동을 활성화하는 것 외에도 조직 재생 능력을 끌어올리는 역할을 한다는 점을 입증한다.
공동연구팀이 개발된 PLUS 배양 플랫폼은 인간 만능줄기세포(hPSC)에서 유도된 장 줄기세포의 대량 배양과 임상 적용 가능성을 높일 기술로 평가받는다. 무엇보다 이종 성분 없는 환경에서 줄기세포의 생존·이동·재생 능력을 동시에 강화하는 메커니즘을 규명해 줄기세포 치료제의 안전·생산성과 규제 문제를 근본적으로 해결할 기반을 마련했다는 점에서 의미를 갖는다.
임 교수는 "이번 연구는 줄기세포 치료제의 이종 성분 의존성을 해소하고 줄기세포의 이동·재생 능력을 극대화한 합성 배양 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미 깊다"며 "공동연구팀이 개발한 플랫폼이 향후 재생 의학 분야의 패러다임을 바꿔가는 계기가 되길 바란다"고 말했다.