줄기세포가 체내에서 오래 살아남도록 하는 기술이 나왔다. 한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 세포 주변 환경을 정밀 설계한 3차원 배양 기술로 줄기세포 생존력과 치료 효과를 동시에 끌어올렸다. 재생의료 판도를 바꿀 성과다.
KAIST는 전상용 생명과학과 교수팀이 이같은 성과를 거뒀다고 29일 밝혔다. 세포가 실제 몸속처럼 자랄 수 있도록 돕는 인공 배양 기판에 고분자 코팅 구조체를 적용하고, 그 위에서 인간 지방유래 줄기세포(hADSCs)를 입체적으로 배양하는 3차원 플랫폼을 구현했다.
hADSCs는 채취가 쉽고 잘 증식하며 면역 거부 반응이 적어 치료용 세포로 주목받아 왔는데, 기존 평면 배양 방식에서는 시간이 지나면서 세포가 늙고 기능이 떨어지는 문제가 있었다. 이에 3D 배양 기술이 연구돼 왔지만, 세포가 몸속에서 오래 살아남거나 기능을 유지하는 데에는 여전히 한계가 있었다.
연구팀은 실록산(실리콘·산소로 이뤄진 생체친화적 고분자 물질)이 그물처럼 단단히 연결된 합성 고분자 물질을 개발하고, 이를 '폴리-지(poly-Z)'로 명명했다.
이 물질은 배양 기판 표면 물리화학적 특성을 바꿔 세포 배양 배지(세포를 키우는 영양 용액)에 함유돼 있는 알부민 단백질 흡착을 촉진하고, 그 결과 세포들이 바닥에 부착되지 않고 3차원 스페로이드(세포 덩어리) 구조체를 형성하도록 한다.
폴리-지를 활용한 3D 배양 환경에서 형성된 줄기세포 스페로이드는 세포외기질(세포 주변을 둘러싸며 지지하는 구조물) 생성이 증가돼 실제 몸 속과 유사한 환경이 조성됐다.
실험 결과, 폴리-지 기반 3D 배양 줄기세포는 다른 세포로 변할 수 있는 분화능력(필요한 조직으로 바뀌는 능력)과 면역 반응을 조절하는 능력이 향상됐으며, 체내에서 살아남는 시간도 크게 증가한 것으로 나타났다.
급성 대장염과 급성 간손상 동물 모델에서도 기존 방식보다 우수한 치료 효과를 보였다. 같은 양 줄기세포를 투여하더라도 더 오래 살아남고 더 활발하게 작용해 치료 효과가 높다.
전상용 교수는 “이번 연구는 합성 고분자 기반의 정밀한 3차원 배양 환경을 통해 줄기세포의 기능과 치료 효능을 동시에 향상시킬 수 있음을 보여준 성과”라며 “염증성 질환을 비롯한 다양한 난치성 질환 치료를 위한 차세대 줄기세포 치료제 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 어드밴스드 사이언스 3월 31일 자 온라인판에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
