국내연구진, 줄기세포 분화 효능 뛰어난 나노 분리막 개발

비용매 기체 상분리유도 방법으로 제작된 셀룰로즈 아세테이트 다공성 나노멤브레인. 왼쪽은 상분리 삼각 그래프와 상대습도에 따른 멤브레인의 표면 이미지를 나타내고, 오른쪽은 다양한 공정과정의 인자들(용액의 농도, 상대습도, 용매의 종류 등)을 변화시키며 얻을 수 있는 서로 다른 크기의 기공을 갖는 멤브레인의 표면 이미지를 보여준다. [사진=한국연구재단 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 국내 연구진이 줄기세포 치료를 위한 세포 배양 시 얇고 기공이 넓어서 특정 세포로의 분화 효율이 크게 향상된 다공성 나노 분리막을 개발했다고 한국연구재단이 13일 밝혔다. 줄기세포를 효과적으로 분화시킬 수 있는 플랫폼을 제공한 것으로, 다양한 종의 세포를 줄기세포와의 공배양에 적용함으로써 특정 세포에 구애받지 않고 여러 종류의 다층 분화 세포 시트를 얻을 수 있다. 줄기세포 치료와 다양한 바이오 응용분야 연구에 유용한 도구(플랫폼 기술)를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

줄기세포는 다분화능(여러 종류의 세포로 자라날 수 있는 능력)으로 다양한 질병 치료의 해결책으로 많은 주목을 받고 있다. 하지만 줄기세포 치료제를 인체에 직접 주입하면 분화 효율이 낮고 암세포로 변하거나 다른 부위로 이동해 원치 않은 세포로 자라날 우려가 있다.

줄기세포를 원하는 세포로 키운 후 사용하는 방법 가운데 줄기세포와 특정세포 사이에 분리막(멤브레인)을 둬 줄기세포를 공배양(두 가지 이상의 세포를 동시에 키우는 기술)하는 방법은 효율적이고 경제적이다. 세포가 특정 세포 쪽으로 분화하는 데 필요한 고가의 단백질이나 신호물질을 따로 넣어주지 않아도 함께 자라는 세포와 상호작용을 통해 얻을 수 있기 때문이다.

그러나 기존 멤브레인은 공극률(전체 면적 중에 기공이 차지하는 면적비)이 낮고(2% 정도), 두께가 두꺼워(10㎛ 정도) 세포 간 상호작용이 활발하지 못했다.

서울대 김병수 교수, 차국헌 교수 연구팀에 따르면 셀룰로즈 아세테이트를 테트라하이드로퓨란(THF)에 녹인 용액을 비용매인 수증기가 많은 환경에 노출시키면 용액이 셀룰로즈 아세테이트가 많은 부분과 적은 부분으로 나뉘면서 비균질해진다. 이후 스핀공정을 통해 용매를 제거하면 셀룰로즈 아세테이트가 많은 부분은 막이 되고, 적은 부분은 구멍이 되면서 구멍이 무수히 많은 수 백 나노미터 두께의 분리막이 형성된다.

‘셀룰로즈 아세테이트’는 셀룰로스의 일부를 변형시킨 고분자로 생체 친화적이며 물에 녹지 않는다. ‘THF’는 여러 종류의 고분자를 녹일 수 있어 널리 쓰이는 용매 중 하나를 말한다.

연구팀이 개발한 분리막은 얇고(380nm, 기존의 20배 정도) 공극률이 높아(52%, 기존의 25배 이상) 세포 공배양시 배양하는 두 세포간의 신호물질 교환에 유리하고 직접적인 상호작용까지 가능하여 분화 효능이 높다. 또한 온도를 낮추는 것만으로 세포는 물론 분리막에 아무런 손상도 주지 않고 세포를 시트 형태로 분리해낼 수 있다. 또한 개발한 분리막을 이용해 줄기세포를 심근세포로 분화시켰을 때 기존보다 최소2배~8배의 효율을 보였다.

김 교수와 차 교수는 “이번 연구결과는 다양한 종의 세포를 줄기세포와 공배양해 다양한 3D 형태의 다층 분화 세포 시트를 얻을 수 있는 플랫폼 기술”이라며 “나노스케일의 세포 간 상호작용 연구에 도움을 주는 등 줄기세포를 비롯한 세포연구 분야에 중요한 실마리와 유용한 도구를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구결과는 ACS(American Chemical Society)가 월간 발행하는 나노 분야의 저명한 학술지인 에이시에스나노(ACS Nano)에 9월 11일 온라인판에 게재됐다. 케미컬앤엔지니어링 뉴스(Chemical&Engineering News) 10월 2일자에도 관련 논문에 관한 기사가 상세하게 보도됐다.