경상대 황욱렬, 아주대 김주민 교수팀, 세포 손상 막는 동물세포배양기 기술 개발

기포 파열에 의한 세포 손상 분석 장치 개발

아주대 김주민 교수, 경상대 황욱렬 교수.[사진=경상대]

아주경제 이채열 기자 =의약품 원료인 단백질ㆍ항체ㆍ호르몬 등을 생산하는 동물세포 배양기의 성능을 크게 향상시키는 기술이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 일반연구자지원사업, 연구성과사업화지원사업 지원을 받은 경상대 황욱렬 교수, 아주대 김주민 교수 팀이 이 동물세포 배양기 내 세포 손상을 일으키는 주요 원인 중 하나인 기체 버블의 파열에 의한 세포 손상을 측정할 수 있는 미세유체장치를 개발했다고 밝혔다.

동물세포 배양기의 생산성을 높이기 위해서는 세포가 손상되지 않는 조건을 만드는 것이 가장 중요하다. 세포를 배양할 때 필수적으로 공급되는 산소 기포가 파열하면서 발생하는 신장 응력이 세포 손상의 주요 원인으로 알려져 있었다. 그러나 신장 응력을 발생할 수 있는 정교한 유동제어 방법이 없었다. 그래서 신장 응력에 의한 세포 손상 정도를 측정하는 데 어려움이 있었다.

김주민 교수팀은 선행연구에서 밝혀낸 십자모양의 미세유로 중앙에서 신장응력에 의해 세포가 변형된다는 것에 착안하고, 이를 이용해 신장 응력에 의해 세포 손상을 측정하는 미세유체장치를 제작하였다.

기포 파열에 의한 신장응력이 기포 크기가 작을수록 증가한다는 것은 기존연구에 의해서 알려져 있는 사실이다. 따라서 지나치게 작은 기포 발생은 세포 손상을 촉진하므로 기포 크기를 특정한 크기 이상으로 유지시킬 필요가 있다. 이에 연구팀은 추가 연구를 통해 세포손상을 일으키지 않는 최대 기포크기를 구하여 동물세포 배양기에서 기포크기 제어기법을 통해 세포손상을 줄일 수 있었다.

나아가 연구팀은 실제 세포 배양 시 생산성을 얼마나 높이는지 확인하기 위해 한국생명공학연구원 의뢰를 통해 기존 동물세포 배양기와 미세유체장치의 결과를 도입한 새로운 동물세포 배양기의 비교 실험을 실시한 결과, 미세유체장치의 결과를 도입한 동물세포 배양기가 기존 대비 높은 생산성을 나타낸 것을 확인했다.

치료용 항체(IgG) 단백질의 경우 기존 동물세포 배양기는 리터 당 112mg을 생산했으나, 본 연구결과를 바탕으로 개발된 배양기는 126mg을 생산했다.

김주민 교수팀은 “미세유체장치는 사전에 세포 손상 조건을 확인할 수 있어 동물세포 배양기 생산성 향상에 크게 기여할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다. 이 기술은 현재 특허 출원 중에 있다. 세포 손상이 중요한 영향을 끼치는 인공 심장 개발 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이 연구결과는 영국 왕립 화학회에서 발행하는 학술지인 『랩 온 어 칩』(Lab on a chip) 2016년 신년호 표지 논문으로 게재됐다.