줄기세포 시트 수확 '7일→2일' 단축 기술 개발

포스텍 연구팀·포항세명기독병원 맞손
국제학술지 최신호 표지 논문에 게제

김동성 포스텍 교수

최이현 포스텍 연구원

류인혁 포항세명기독병원 정형성형병원장

이지호 포항세명기독병원 과장

포스텍 기계공학과 김동성 교수와 최이현 연구원, 포항세명기독병원 정형성형병원 류인혁 원장, 이지호 과장 연구팀은 온도에 따라 물이 젖는 특성이 달라지는 폴리나이팜의 나노구조를 이용해 인간 골수 유래 중간엽줄기세포로 구성된 세포 시트의 총 수확 기간을 기존 7일에서 2일로 대폭 단축시키는 기술을 개발했다.

이번 연구성과는 생체 재료 분야 국제 학술지 '바이오머티리얼스 사이언스' 최신호 표지논문에 게재됐다.

'세포 시트' 공학 기술은 줄기세포를 세포들만으로 이루어진 시트 형태로 손상부위에 이식하는 기술로 면역 거부반응 없이 조직을 재생할 수 있다.

연구팀은 이번 기술 실현을 위해 온도에 따라 물과 결합하거나 밀어내는 성질을 가진 고분자인 '폴리나이팜'에 주목했다.

기존에는 폴리나이팜을 세포 배양 용기에 코팅 방식으로 도입해 세포 시트를 수확해 왔다. 하지만 시트로 수확 가능한 세포의 종류가 한정적이어서 그 활용 범위가 매우 적었다.

이에 연구팀은 폴리나이팜을 코팅 방식이 아닌 3차원 형상으로 구현해 온도 변화에 따라 세포배양면의 표면 거칠기를 자유롭게 조절하는 기술을 연구했다. 다양한 종류의 세포들을 안정적으로 시트화시키기 위해서다.

또 세포 시트의 직접적인 활용 가능성을 높이기 위해 조직 재생에 효과적인 줄기세포를 짧은 시간 안에 시트화하는 데 주력했다.

우선 3차원 형상의 폴리나이팜 표면상에 400나노미터(nm, 10억 분의 1m) 크기의 나노포어(나노기공)가 배열된 등방성 패턴을 입혔다.

그 결과 폴리나이팜의 나노구조에서 인간 골수 유래 중간엽줄기세포의 형성과 성숙이 빨라졌다. 또 액화가 가능한 최고 온도인 임계온도보다 낮은 상온에서 폴리나이팜 나노구조의 표면 거칠기가 빠르게 변화돼 시트의 빠른 수확이 가능해졌다.

김동성 교수는 "세계 최초로 폴리나이팜 3차원 구조 표면에 나노구조를 도입해 성숙한 줄기세포 시트를 제작함으로써 수확 시간을 크게 단축시켰다"며 "앞으로 줄기세포 시트를 환자들에게 직접 적용할 가능성을 열었다"고 했다.