[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 고려대학교 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체내 나노코딩 제어 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.

줄기세포는 세포외 환경을 감지하며 뼈, 지방, 근육, 심근, 혈관, 연골 등 다양한 세포로 분화할 수 있는 가능성을 가지고 있다.

최근에는 이러한 특성을 이용하여 손상된 장기, 조직을 재생시키기 위해 줄기세포 또는 줄기세포에서 분화된 세포의 체내이식이 많이 연구되고 있다.

특히 줄기세포의 재생 효과를 효율적으로 제어하기 위한 방법으로 생체 내에서 리간드의 제시를 통한 기술이 널리 이용되고 있다.

그러나 기존의 마이크로 규모의 인테그린 리간드 펩티드(RGD)는 숙주 줄기세포의 부착을 조절할 수는 있지만 줄기세포의 분화에 대한 조정은 하지 않는 문제가 있다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 나노틀과 펄스전기도금을 이용해 제작된 철-금 다층 구조 나노선(나노바코드)을 활용하여 임플란트 소재 표면 위에서 리간드의 주기성과 배열순서를 정밀하게 제어할 수 있는 나노 코딩을 통한 줄기세포의 부착 및 분화의 조절이 가능한 시스템을 개발했다.

연구과정을 보면 펄스전기도금법을 이용해 철-금 다층 구조를 나노선을 제조했고 금과 같은 특정 금속에만 선택적으로 RGD 리간드를 코팅하는 방식으로 세포 부착(ligation) 영향을 주는 나노코딩 시스템을 개발했다.

이 과정에서 소재는 인테그린 수용체의 크기를 고려해 지름 70 nm, 총길이 600 nm 정도로 설정됐고 철(0)과 금(1) 의 배열을 규칙적, 비규칙적 형태로 다양한 표현형을 가지도록 해 RGD 배열을 조절했다.

이를 기반으로 체외 및 체내 세포 실험에서 동일하게 리간드의 주기성이 낮아질수록, 그리고 배열순서가 끝단에 위치할수록 줄기세포의 부착 및 골 분화율이 확연히 증가하는 것을 확인했다.

이 연구결과에 의하면 체외 및 체내 세포 실험에서 줄기세포의 부착과 골분화의 차이를 확인함으로써 나노바코드의 RGD 주기성 및 배열 순서를 제어해 줄기세포의 세포 부착 및 분화 촉진 조절이 가능함을 검증했다.

제1저자 민선홍 석박사통합과정생, 전유상 박사, 교신저자 김영근 교수, 강희민 교수 등이 참여한 연구는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 8월 21일 게재됐다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 신진 연구자지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.