[과학을 읽다]단백질·항체·호르몬 대량 생산한다

국내 연구팀, 동물세포 배양기 성능 크게 높여

▲생물 반응기에서 발생하는 신장유동 모사 모식도.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 의약품의 원료인 단백질, 항체, 호르몬 등을 생산하는 동물세포 배양기의 성능을 크게 향상시키는 기술이 개발됐습니다. 동물세포 배양기는 동물세포 등을 이용해 의약품의 원료가 되는 단백질, 항체, 호르몬 등의 생물학적 제품을 생산하는 장치를 말합니다.

동물세포 배양기의 생산성을 높이기 위해서는 세포가 손상되지 않는 조건을 만드는 것이 가장 중요합니다. 세포를 배양할 때 필수적으로 공급되는 산소 기포가 파열하면서 발생하는 신장 응력이 세포 손상의 주요 원인으로 알려져 있습니다. 신장 응력을 발생할 수 있는 정교한 유동제어 방법이 없었습니다.

신장 응력이란 변형 가능한 물질이 기하급수적으로 늘어나거나 압축될 때 가해지는 응력(외력)을 말합니다. 면발을 가늘게 뽑기 위해 좌우에서 힘을 가했을 때 단위면적당 작용하는 힘으로 해석할 수 있습니다.

국내 연구팀은 앞선 연구에서 밝혀낸 십자모양의 미세유로 중앙에서 신장응력에 의해 세포가 변형된다는 것에 착안했습니다. 이를 이용해 신장 응력에 의해 세포 손상을 측정하는 미세유체장치를 제작한 것이죠. 미세유로는 높이가 100μm 이하인 유체가 흐르는 통로입니다.

기포 파열에 의한 신장응력이 기포 크기가 작을수록 증가한다는 것은 기존연구에 의해서 알려져 있는 사실이었습니다. 따라서 지나치게 작은 기포 발생은 세포 손상을 촉진하므로 기포 크기를 특정한 크기 이상으로 유지시킬 필요가 있었습니다. 연구팀은 추가 연구를 통해 세포손상을 일으키지 않는 최대 기포크기를 구해 동물세포 배양기에서 기포크기 제어기법을 통해 세포손상을 줄일 수 있는 방법을 찾아냈습니다.

연구팀은 실제 세포를 배양했을 때 생산성을 얼마나 높이는지 확인하기 위해 한국생명공학연구원 의뢰를 통해 기존 동물세포 배양기와 미세유체장치의 결과를 도입한 새로운 동물세포 배양기의 비교 실험을 실시했습니다. 그 결과 미세유체장치의 결과를 도입한 동물세포 배양기가 기존 대비 높은 생산성을 나타낸 것을 직접 확인했습니다.

치료용 항체(IgG) 단백질의 경우 기존 동물세포 배양기는 리터 당 112㎎을 생산했는데 연구 결과를 바탕으로 개발된 새로운 배양기는 126㎎을 만들어냈습니다.

이번 연구는 김주민 교수(아주대)와 황욱렬 교수팀(경상대)이 수행했습니다. 연구 결과는 영국 왕립 화학회에서 발행하는 학술지인 랩 온 어 칩(Lab on a chip) 2016년 신년호 표지 논문으로 실렸습니다.

김 교수는 "미세유체장치는 사전에 세포 손상 조건을 확인할 수 있어 동물세포 배양기 생산성 향상에 크게 기여할 것"이라며 "현재 특허 출원 중에 있고 세포 손상이 중요한 영향을 끼치는 인공 심장 개발 등에도 활용될 수 있다"고 말했습니다.