합성 고분자 매트릭스, poly-Z 상 인간 지방유래 줄기세포 스페로이드 형성 모식도. KAIST 제공한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 전상용 교수 연구팀이 줄기세포를 더 건강하게 키울 수 있는 새로운 배양 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
연구팀은 세포가 실제 몸속처럼 자랄 수 있도록 돕는 '인공 바닥(배양 기판)'에 고분자 매트릭스(배양 기판 표면을 코팅하는 인공 구조체)를 적용하고, 그 위에서 인간 지방유래 줄기세포를 입체적으로 배양하는 3차원 플랫폼을 구현했다. 그 결과, 기존보다 세포의 기능과 치료 효과가 획기적으로 향상된 것을 확인했다.
인간 지방유래 줄기세포는 채취가 쉽고 잘 증식하며 면역 거부 반응이 적어 치료용 세포로 주목받아 왔다. 그러나 기존 2차원 배양 방식에서는 시간이 지나면서 세포가 늙고 기능이 떨어지는 문제가 있었다. 세포를 덩어리 형태로 키우는 3차원 배양 기술도 연구됐지만, 세포가 몸속에 오래 살아남거나 기능을 유지하는 데에는 여전히 한계가 있다.
연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 실록산이 촘촘히 가교화된(그물처럼 단단히 연결된 구조) 합성 고분자 물질을 개발하고, 이를 '폴리-지(poly-Z)'로 명명했다.
이 물질은 배양 기판 표면의 물리화학적 특성을 바꿔 세포 배양 배지에 함유되어 있는 알부민 단백질의 흡착을 촉진하고, 세포들이 바닥에 부착되지 않고 자기조립을 통해 3차원의 스페로이드 구조체를 형성하도록 했다.
폴리-지를 활용한 3차원 배양 환경에서 형성된 줄기세포 스페로이드는 세포외기질의 생성이 증가되어 실제 몸속과 유사한 환경이 조성됐고, 기존 방식보다 뛰어난 성능을 보였다.
실험 결과, 폴리-지 기반 3차원 배양 줄기세포는 다른 세포로 변할 수 있는 분화능력과 면역 반응을 조절하는 능력이 향상됐으며, 체내에서 살아남는 시간도 크게 증가한 것으로 나타났다.
특히 급성 대장염과 급성 간손상 동물 모델에서도 기존 방식보다 더 우수한 치료 효과를 보였다.
연구팀은 이번 기술이 단순히 세포를 덩어리로 만드는 것을 넘어, 세포 주변의 미세환경을 풍부하게 조성한다는 점도 확인했다.
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 말했다.