[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 한국연구재단(NRF)은 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 임성갑 교수팀과 연세대학교 조승우 교수팀이 온도변화 없이 단시간 내 세포 시트를 배양기판으로부터 손상없이 분리하는 방법을 개발했다고 13일 밝혔다.

피부나 연골, 신경, 심근 등의 생체조직이 크게 손상되면 해당 조직의 이식을 통해 치료할 수 있다.

하지만 이식 가능한 조직은 지극히 한정적이어서 조직의 복원, 재생을 위해서는 환자의 세포로부터 생체 이식이 가능한 조직으로 재생시키는 기술이 필요하다.

일반적으로 2차원적으로 배양된 세포를 트립신과 같은 단백질 분해효소를 사용 하여 단일세포 형태로 얻는다.

이 과정에서 세포외기질을 비롯해 세포 표면의 수용체(receptor)가 손상될 수 있어 세포기능 저하로 이어질 수 있어 세포를 이식한 후 재생효율이 낮아지는 원인 가운데 하나이다.

이 때 평면형태의 기판 위에 시트 형태로 단단히 접착되어 자라는 세포시트를 손상없이 떼어내는 것이 중요하다.

기존에는 배양온도를 세포에 적합한 37도에서 20도 이하로 낮춰 20분 이상 노출, 기판을 친수성으로 바꿔 세포시트를 분리하는 방식 등이 시도됐지만 세포에 스트레스가 되는 급격한 온도저하와 소요시간으로 인해 세포시트의 손상이 우려됐다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 고분자를 배양기판에 코팅해 표면자유에너지를 조절해 세포와 배양 기판 사이의 부착력을 제어할 수 있는 플랫폼 기술을 개발했다.

연구과정을 보면 먼저 세포와 세포, 그리고 세포와 세포외기질 간의 부착에 중요한 역할을 하는 세포막 단백질인 인테그린(integrin)과 배양기판 표면 사이의 접착이 양이온에 의존한다는 점에 착안하고 양이온이 없는 배양액을 처리해 세포시트를 신속하게 분리했다.

이후 실제 인간성체줄기세포, 쥐근아세포, 인간피부섬유모세포 등 여러 세포를 파종(seeding)하여 배양한 이후 배양환경 그대로 시트형태로 수확해 냈다.

이렇게 얻은 세포의 세포주기와 DNA 함량은 정상 범위였으며 이로 인해 줄기세포시트의 경우 재생효과물질의 분비가 2배 이상 증가했다.

또 수확한 세포시트를 적층해 당뇨병성 궤양 생쥐모델에 이식하자 상처부위 면적이 급격히 감소하고 표피의 두께가 증가하는 등 상처가 빠르게 치유됐다.

특히 허혈성 생쥐모델에 이중층 세포시트를 이식하자 혈관형성 촉진과 혈류 흐름 증가가 나타났으며 피부궤사와 허혈성 사지 손실이 완화됐다.

이 연구결과에 의하면 배양기판 표면을 생체적합성 고분자로 코팅하고 세포와 배양기판 간의 접착력을 정밀히 조절할 수 있도록 표면을 개질해 온도나 산성도 변화 없이 100초 내에 배양하던 세포를 시트형상으로 회수하는 데 성공했다.

카이스트 이은정 연구교수는 “개발한 세포시트 수확방법을 토대로 향후 심근세포, 위장세포, 각막세포 등 여러 조직의 세포시트를 활용한 조직재생 연구를 수행할 계획”이라고 말했다.

카이스트 백지응 박사, 조영학 박사과정 학생, 연세대학교 박현지 박사가 제1저자로 참여한 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 3월 11일 게재됐다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구 사업 (중견연구) 및 선도연구센터지원사업 등의 지원으로 수행됐다.