배아줄기세포 자가증식 촉진기술 국내서 개발

건국대 조쌍구 교수팀, 줄기세포 대량배양기 개발에 응용

건국대는 4일 조쌍구 교수(동물생명공학)와 전길수 박사과정(대학원 동물생명공학) 연구원이 실리콘이 함유된 폴리머인 PDMS 표면에 나노패턴을 생성해 배아줄기세포의 자가 증식을 촉진하는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다.

조 교수 팀은 효율적이고 간편하게 줄기세포의 미분화능을 유지하는 배양 방법을 개발하기 위해 고분자 실리콘 화합물에 속하는 PDMS(Polydimethylsiloxane; 폴리다이메틸실록세인) 라는 물질을 사용했다.

PDMS는 가장 널리 사용되는 실리콘 기반의 유기 고분자로 특이한 유변학적(또는 흐름) 성질을 가지고 있는 것으로 잘 알려져 있으며, 광학적으로 투명하고, 불활성, 무독성 및 비가연성의 성질을 가지고 있어 생체의료와 자동화 배양기 개발에도 적합한 소재로 여겨지고 있다.

건국대 연구팀은 줄기세포의 표면을 관찰하고, 이를 바탕으로 PDMS 재질 표면에 불규칙한 나노크기의 패턴(패턴의 평균 높이; 21.90nm, 폭; 241.98 nm)을 만들어 배아줄기세포의 자가 증식을 촉진시키는 효과를 관찰했다.

연구진은 나노패턴 PDMS가 배아줄기세포의 자가 증식을 촉진할 수 있는지 결정하기 위해 일반적인 세포배양 용기와 비교한 결과, 나노패턴 PDMS를 사용하여 배양한 세포들에서 배아줄기세포의 자가 증식에 중요한 미분화 마커 단백질 및 Akt라는 세포내 주요 인산화 단백질의 발현이 증가하는 것을 확인했다.

또한 이러한 세포와 기질간의 상호작용은 FAK 인산화 효소의 활성을 줄이면서 자발적인 분화를 억제한다는 사실을 확인했다.

Akt는 PKB (protein kinase B; 단백질 인산화 효소 B)라고도 명명 되어지는 세포 성장 및 생존에 중요한 기능을 담당하는 인산화 효소로 줄기세포의 세포사멸을 억제 및 세포 성장 유도에도 중요한 역할 담당한다.

FAK (focal adhesion kinase)는 세포와 기질간의 접착에 따른 신호전달에 중요한 역할을 담당하는 인산화 효소로 암세포 또는 줄기세포의 기질 접착성 및 세포 이동성 조절에 중요한 역할을 담당한다.

배아줄기세포는 끊임없는 증식(무한한 자가증식)을 할 수 있으며 모든 체세포로 분화할 수 있는 능력이 있다. 이 세포들은 미래 재생의학적 세포치료를 확립할 수 있는 원천이다. 기존 줄기세포를 배양하기 위하여 지지세포로 깔고 성장인자 등의 첨가와 함께 배양한다.

그러나 이 방법은 많은 시간적인 소요와 노력이 필요하며, 줄기세포 대량 배양 및 임상에의 응용을 위해서는 지지세포 없이 배양하는 방법이 확립되어야 한다. 이를 위해 배양 용기의 표면을 코팅하여 지지세포 없이 배양하는 방법을 개발하고 있으나, 세포의 계대 수가 늘어날수록 줄기세포는 자연분화 등의 이유로 미분화 줄기세포를 유지하는데 어려움이 있다.

따라서 대부분의 경우 비효율적 미분화 유지에 의한 자연 분화된 세포와 미분화 줄기세포가 모여 있는 결과를 초래하며, 그 결과 특정 세포로의 분화 효율이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 앞으로 자동화된 줄기세포 대량 배양을 위해서는 자동화 가능한 재료를 통한 간편한 줄기세포 미분화 유지 배양기 개발이 필수적이다.

조쌍구 교수는 “이번에 개발한 기술은 간편하고 효율적으로 줄기세포의 미분화능을 유지하도록 배양이 가능하게 함으로써, 시간과 비용을 줄이면서 줄기세포의 대량 자동 배양이 가능하도록 하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”며 “앞으로 PDMS는 체내 혹은 체외에서 생체신호를 분석할 수 있는 초소형 소자 (Bio-MEMS)에도 적용가능 할 것 으로 전망된다”고 말했다.

PDMS는 DNA 칩(chip), 프로틴 칩(protein chip), 및 셀칩(cell chip) 등을 포함하는 생체의료공학 분야의 다양한 미세유체역학 시스템(microfluidics system)에 적합한 생체 재료로 응용되고 있으며, 자동화 배양기 개발에도 적합한 소재다.

이번 연구결과는 생체재료분야의 권위지 “바이오머티리얼즈 (Biomaterials)" 온라인판에 최근(2012년 4월 28일) 게재됐다.