"줄기세포 생존율 한계 넘었다"…KAIST, 3D 배양 기술 개발
인공 미세환경 설계로 기능·치료 효과 동시 향상
염증·간손상 모델서 효능 입증…재생의료 확장 기대
합성 고분자 매트릭스, poly-Z 상 인간 지방유래 줄기세포 스페로이드 형성 모식도
줄기세포를 몸 속에 넣어도 오래 살아남지 못하던 한계를 극복할 수 있는 기술이 나왔습니다. 세포 주변 환경을 정밀하게 설계한 3차원 배양 방식으로, 생존율과 치료 효과를 동시에 끌어올린 것이 핵심입니다.
KAIST 생명과학과 전상용 교수 연구팀이 줄기세포의 기능을 유지하면서 치료 효능을 높일 수 있는 새로운 배양 플랫폼을 개발했습니다.
연구팀은 세포가 실제 인체와 유사한 환경에서 자라도록 돕는 배양 기판에 고분자 매트릭스를 적용하고, 이를 기반으로 인간 지방유래 줄기세포를 입체적으로 키우는 3차원 배양 시스템을 구현했습니다. 이 과정에서 기존보다 세포 기능이 뚜렷하게 향상되는 것으로 확인했습니다.
사람의 지방 조직에서 얻는 줄기세포는 채취가 비교적 쉽고 면역 거부 반응이 적어 치료 활용도가 높은 세포로 꼽힙니다. 하지만 기존의 평면 배양 방식에서는 시간이 지나면서 세포가 늙고 기능이 떨어지는 문제가 있었습니다. 이를 보완하기 위해 3차원 배양 기술이 도입됐지만, 체내 생존성과 기능 유지 측면에서는 한계가 여전했습니다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 실록산 기반 합성 고분자 물질을 새롭게 설계하고 '폴리-지(poly-Z)'로 명명했습니다. 이 물질은 배양 기판의 물리·화학적 특성을 바꿔 세포가 바닥에 붙지 않고 스스로 모여 입체 구조를 형성하도록 유도합니다.
이렇게 형성된 줄기세포 덩어리는 세포외기질 생성이 증가하면서 실제 체내와 유사한 환경을 구현했습니다. 그 결과, 세포의 분화 능력과 면역 조절 기능이 모두 향상됐고, 체내에서 살아남는 시간도 크게 늘어난 것으로 확인됐습니다.
특히 동물 실험 결과, 급성 대장염과 간 손상 모델에서 기존 방식보다 더 뛰어난 치료 효과를 보였습니다. 이는 동일한 양의 줄기세포를 투여하더라도 더 오래 살아남고 치료 효과를 높일 수 있는 가능성을 제시했습니다.
연구팀은 이번 기술이 단순히 세포를 모으는 수준을 넘어 세포가 실제 인체 환경처럼 반응할 수 있는 '미세환경'을 구현한 데 의미가 있다고 설명했습니다. 특히 세포가 주변을 인식하는 인테그린과 세포가 외부 신호를 받아 내부 반응으로 바꾸는 FAK 신호 전달 경로가 활성화되면서 기능 강화로 이어진 것으로 분석됐습니다.
전상용 교수는 "이번 연구는 정밀하게 설계된 3차원 배양 환경이 줄기세포의 기능과 치료 효능을 동시에 끌어올릴 수 있음을 확인했다"며 "염증성 질환을 포함한 다양한 난치 질환 치료제 개발에 활용 가능성이 크다"고 말했습니다.
이번 성과는 국제학술지, 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 3월 3일 자 온라인 판에 실렸습니다.
(사진=KAIST)
김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr
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