보건복지부(장관 정진엽)는 안전성평가연구소와 충남대학교의 공동연구를 통해 3차원 스페로이드의 대량 생산과 장기간 배양이 가능한 새로운 배양 플랫폼 개발에 성공하여, 그 결과를 국제 저명 학술저널 ”NPG Asia Materials“에 발표했다고 밝혔다.
이번 연구는 보건복지부, 미래창조과학부, 농촌진흥청의 지원을 받아 안전성평가연구소 강선웅 박사팀과 충남대학교 허강무 교수팀의 공동 연구 하에 개발되었고, 9월 9일 NPG Asia Materials 온라인판에 게재되었다.
연구팀은 글라이콜 키토산의 화학적 변형을 통해 세포 부착성이 없는 글리콜 키토산 유도체를 합성하여 3D 스페로이드를 쉽고 간편하게 대량으로 생산 및 배양할 수 있는 플랫폼을 개발했다.
간편하게 3D 스페로이드를 생산하고 회수하기 위해 배양과정에서 배양기 표면과의 부착을 최소화해 세포 간 뭉침 현상을 극대화하는 온도감응형 하이드로젤을 개발하여 배양에 활용했다.
-연구성과 및 기대효과
□ 연구배경 □ 연구내용 □ 기대효과 |
체내 세포 및 조직은 아주 복잡한 3차원 구조로 상호 작용하면서 성장하고 분화, 발전해 간다. 그러나 대부분 세포 배양은 2차원으로 된 불침투성의 평평한 평면에서 이루어지고 있다. 따라서, 2차원 세포배양은 우리 체내 세포 환경 조건을 모사 하지는 못한다는 한계점을 지니고 있다. 최근에는 생체 내와 동등한 기능을 갖는 3차원 세포 조직인 스페로이드(spheroid)의 배양이 주목을 받고 있다. 당뇨 치료를 위한 인슐린의 정상분비를 유도하기 위해서 췌도 세포를 이식함에 있어 응집된 세포를 이식하는 방법 등이 쓰이고 있어 스페로이드의 대량 생산이 요구되고 있다. 또한, 줄기세포 연구가 성숙됨에 따라 줄기세포를 3차원 배양하여 각종 분화 기전의 연구에 응용하기 위한 여러 가지 방법이 시도되고 있다. 종래의 3차원 세포배양 방법으로는 현적 배양법(hanging-drop method), 회전식 배양법, 원심분리법, 마이크로 몰딩(micromolding)법 등이 있다. 그러나, 이러한 기존의 3차원 세포배양 방법은 별도의 배양 용구를 필요로 하며, 배양 방법이 복잡할 뿐만 아니라 회수 및 장기간 배양이 어렵고, 소요 시간도 긴 문제점이 있다.
이 배양 플랫폼은 상용화된 기존제품 대비 60배 이상의 스페로이드 생산이 가능하며 생산을 위한 전처리 시간도 1/30로 단축하여,3D 스페로이드 배양을 요구하는 재생의료나 인공장기, 생체유용물질 생산, 생물 조직이나 기관·장기의 기능조사 및 탐색을 위한 모델, 신약 스크리닝, 내분비 교란 물질 등의 영향을 평가하는 동물 대체법 등 각 분야의 산업에 적용 가능하다는 점에서 의미가 크다.
연구팀은 천연고분자인 글리콜 키토산에 아실화(acylation) 반응*을 통해 세포와의 부착력을 최소화하였다. 특히, 아실화된 글리콜 키토산 유도체 중 헥사노일 글리콜키토산(hexanoyl glycol chitosan; HGC)은 세포와의 부착력을 거의 보이지 않는 특성을 보였다.
또한 합성된 HGC는 상온에서는 졸(sol)* 상태, 세포배양 온도(37℃)에서는 겔(gel)* 상태로 온도에 따른 가역적인 졸-겔 전이가 가능했다.
온도감응성을 이용하여 상온에서는 액체로 코팅 및 기타 가공이 수월하며, 37℃의 세포배양 중에는 고체로 배양액 내에서 장기간 안정성을 보였다. 이는 스페로이드의 장기간 배양과 온도 변화를 이용한 회수가 용이하다는 장점이 있다.
연구를 이끈 강선웅 박사와 허강무 교수는 대량제조 및 장기간 배양이 어려웠던 고가의 기존의 배양법과 비교하여 “특별한 장비나 추가 공정 없이 스페로이드를 대량으로 장기간 배양할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것” 이라고 연구 성과의 의의를 밝혔다.
보건복지부 이동욱 보건산업정책국장은 “재생의료가 미래 의료의 새로운 패러다임으로 떠오르고 있는 가운데, 많은 사람들에게 합리적인 가격으로 치료제를 공급하기 위해서는 대량 생산 기술의 개발이 필수적”이라고 지적하며, “이러한 연구들이 더 많은 성과를 낼 수 있도록 적극 지원할 것”이라고 전했다
