국내 연구진, 줄기세포 배양 '나노바늘구조 지지체' 개발

[이데일리 이연호 기자] 한국연구재단은 김장호 전남대 교수·정훈의 UNIST 교수 연구팀이 줄기세포의 기능을 촉진할 수 있는 나노바늘 구조형 생체소재 부품 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

나노바늘구조 자극을 받은 줄기세포와 박테리아의 전자현미경 이미지. 나노바늘구조에 줄기세포와 박테리아를 배양했을 때 비교적 큰 줄기세포는 적당한 구조적 자극을 받는 반면 작은 박테리아는 세포막이 손상돼 죽는 것을 확인할 수 있다. 사진=한국연구재단.

연구팀은 하이드로젤 소재의 나노바늘 구조 지지체에 줄기세포를 배양해 성장인자 분비를 촉진하고 뼈, 연골, 지방 등의 특정 세포로의 분화를 향상시켜 조직을 효과적으로 재생시킬 수 있음을 확인했다.

우선 연구팀은 줄기세포에 적절한 구조적 자극을 전달할 수 있도록 반도체 공정을 이용해 직경 50nm, 높이 300nm의 나노바늘을 500nm 간격으로 배열해 나노지압패치를 제작했다. 핵심은 정렬돼 있는 나노바늘이 줄기세포 부착 표면에 적당한 구조적 자극을 줄 수 있으며 줄기세포의 다양한 기능에 영향을 미친다는 것이다.

특히 줄기세포의 연골, 지방, 골세포로의 분화가 촉진되며 성장인자 분비가 향상됐다. 실제 나노바늘구조 지압패치에 줄기세포를 배양하고 두개골 손상 쥐에 삽입해 2주 후 관찰한 결과 골 조직 재생이 향상되는 것을 확인했다.

이식된 나노바늘구조 지압패치에 존재하는 줄기세포의 특정 골세포 분화 단백질의 생성이 촉진됐다. 또 줄기세포 배양 및 의료기기 삽입 수술 시에 문제될 수 있는 박테리아의 바이오필름 형성을 억제할 실마리도 찾아냈다.

나노바늘구조가 상대적으로 큰 줄기세포에 적당한 자극을 줘 줄기세포 기능은 촉진하면서 작은 박테리아의 막에는 손상을 줘 바이오필름 형성을 억제하는 것이다.

연구팀은 나노바늘구조가 줄기세포와 박테리아에 미치는 영향을 중점적으로 살펴본 이번 연구성과에 이어 이 나노구조체를 이용한 약물전달플랫폼 연구를 지속할 계획이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오·의료기술개발사업과 자연모사혁신기술개발사업 지원으로 수행된 이 성과는 미국화학회에서 발행하는 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS NANO)’에 9월 13일 게재됐다.