줄기세포, 자석에 반응하는 '나노 용수철'로 분화 조절한다

나노 코일(용수철)에 단백질 코팅..정밀하게 길이 조절
자석으로 정밀하게 늘어나고 줄어들며 줄기세포 분화 조절

나노코일을 이용하여 임플란트 소재 표면 위에서 리간드의 간격을 자기장으로 정밀하게 제어할 수 있는 나노크기의 신장/수축을 통한 줄기세포의 부착 및 분화의 조절이 가능한 시스템의 모식도. (강희민, 김영근 고려대학교 교수 제공) 2021.02.01 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 자석으로 줄기세포의 분화를 제어할 수 있는 실마리를 국내 연구진이 찾아냈다. 향후 줄기세포의 활용 연구의 새로운 단초가 될 전망이다.

강희민, 김영근 고려대 교수 공동 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 실시간 원격제어로 생체 내 세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 자성 나노 코일 시스템을 개발했다고 과학기술정보통신부가 3일 밝혔다.

줄기세포를 특정 환경이나 신호에 노출해 뼈, 지방, 근육, 심근, 혈관, 연골 등 원하는 조직으로 유도하려는 연구가 세포·장기 재생을 이용한 의료분야에서 활발히 이뤄지고 있다.

특히 골다공증, 골연화증, 퇴행성 골질환 등의 치료를 도울 수 있는 단단한 인공삽입물(임플란트 구조물)의 표면에서 줄기세포를 자극하려는 연구가 이뤄지고 있지만 삽입 후 분화를 제어하는 데 어려움이 있었다.

연구진은 마치 용수철처럼 자기장에 의해 길이가 늘어났다가(원래 길이의 126%) 자기장을 없애주면 원래 길이로 돌아오는 길이 1μm 남짓(두께 70nm)한 나선형 합금 나노코일(나노 용수철)을 제작했다.

이 나노코일이 늘어나면서 줄기세포의 분화를 조절할 수 있다.

연구진은 자기장에 반응하는 나노 코일 표면에 세포와 결합할 수 있는 알지디(RGD) 리간드를 코팅했다. 이 리간드는 세포 부착에 관여한다. 자기장이 용수철을 늘였다 줄이며, 리간드의 간격을 조절하고 그 영향으로 줄기세포의 부착 및 분화가 조절되는 원리다.

이번에 제작된 나노코일은 생체 내외에서 자기장을 이용해 나노미터 수준으로 정밀하게 길이를 조절할 수 있다. 또한 세포 내부로 함입되거나 부러지지 않는 기계적 강도를 갖고 있어, 생체 내에서도 신축할 수 있는 장점이 있다.

실제 쥐에 이식해 실험해본 결과, 외부에서 자기장을 가해줘 생체 내 삽입된 나노코일을 늘어나게 한 경우, 줄기세포의 부착이 촉진되었고 줄기세포의 골분화도 촉진된 것이 확인됐다.

연구진은 "원격으로 원하는 시점에 줄기세포 분화를 위한 자극을 전달할 수 있는 나노 코일 시스템의 구동을 동물모델에서 검증했다"며 "향후 생체 내 줄기세포 정밀제어 연구의 단초가 될 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 줄기세포 조절에 대한 단초를 제공한 연구로, 임상 치료에 활용되기 위해서는 면역 반응 확인 등 추가적인 연구가 필요하다.

연구진은 "세포의 임상적용 가능성을 확인하고 향후 조직 재생 치료 분야를 새롭게 개척해 환자 개개인의 상황에 따른 맞춤형 치료 시스템을 구축하는 것이 목표"라며 "줄기세포뿐만 아니라 현재의 나노 코일을 이용한 실시간 나노-리간드 간격 조절은 대식세포, 암세포 관리 분야에도 적용 가능할 것으로 기대한다"고 밝혔다.

과학기술정보통신부 개인기초연구(중견연구 및 신진연구 등) 지원으로 수행된 연구 성과는 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 게재됐다.

이번 연구에는 민선홍·고민준 고려대학교 연구원, 정희준 노스웨스턴대학 박사가 제1 저자로 참여했다.

seungjun241@news1.kr