[쿠키과학] '맞춤형 줄기세포 치료' 앞당긴다

KAIST-생명연, '제노-프리 줄기세포 배양 플랫폼' 세계 최초 개발
제노-프리 10회 이상 장기 배양 입증
줄기세포 치료제 상용화 원천기술 기대

기사승인 2024-07-31 16:47:12

줄기세포는 분화하지 않은 상태로 존재하다가 인체의 필요한 조직으로 분화하는 능력과 자기재생성을 지녀 맞춤형 재생의료에서 높은 활용성을 갖는다.

그러나 지금까지 인간 배아줄기세포(hESC)와 인간 유도만능줄기세포(hiPSC) 배양은 동물유래성분에 의존했다.

이는 쥐의 섬유아세포와 매트리젤과 같은 동물유래성분을 사용함에 따라 동물병원체 전파 위험이 존재하고, 특히 동물유래물질의 임상 적용은 법적·윤리적 문제도 초래한다.

이에 따라 세계 연구진이 동물유래물질을 완전히 배제하고 화학적으로만 합성한 ‘제노-프리(xeno-free)’ 배양기질 개발을 위해 경쟁하고 있다.

세계 최초 제노-프리 줄기세포 배양 플랫폼

KAIST 생명화학공학과 임성갑 교수팀이 한국생명공학연구원(이하 생명연)과 공동연구로 제노-프리 방식으로 인간 전분화능 줄기세포 배양플랫폼을 세계 최초로 개발했다.

인간 전분화능줄기세포 Xeno-free 장기 배양 플랫폼 개요. KAIST

연구팀은 합성 고분자 스크리닝/최적화를 진행하고 배양 기판에 코팅함으로써 인간 전분화능 줄기세포에 장기적으로 안정적인 부착기반을 제공할 수 있는 줄기세포 배양플랫폼을 개발했다.

여기에서 장기 배양한 인간 배아줄기세포와 유도만능줄기세포 성능을 확인한 결과 기존 표준 줄기세포 배양 코팅제인 매트리젤 대비 성능 손실 없이 안정적으로 배양됨을 입증했다.

특히 이번에 개발한 플랫폼은 매트리젤에서 배양한 세포와 비교해 세포의 분화, 자가 재생 및 줄기세포 특성 유지 등에 관여하는 핵심 단백질들의 발현이 변화 없이 유지됨을 확인했다.

공동연구팀이 개발한 플랫폼에서 장기 배양 이후 단백질학 분석 결과. (a)식별된 단백질 및 펩타이드 수, (b) 개발된 플랫폼과 매트리젤에서 배양된 세포의 단백질 발현 정도 비교, (c) 개발된 플랫폼과 매트리젤에서 각각 배양된 단백질의 발현 정도 및 위계적 군집 분석. KAIST

이는 세계 최초로 인간 유도만능줄기세포를 제노-프리에서 10회 이상 장기 배양할 수 있음을 입증한 동시에 줄기세포 치료제의 안정성과 일관성을 높이는 중요한 진전으로 평가받고 있다.

임 교수는 “이번 연구는 기존 줄기세포 배양방식을 벗어난 제노-프리 배양 플랫폼 개발이며, 특히 인간 유도만능줄기세포의 장기 배양이 가능함을 세계 최초로 입증한 것”이라며 “이는 줄기세포 치료제 상용화를 위한 원천기술로 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

임 교수는 향후 플랫폼 상용화를 위한 후속 연구를 진행할 계획이다.

한편 이번 연구는 임 교수와 생명연 손미영 박사가 교신저자로, KAIST 조영학 박사와 정원지 학생, 생명연 이하나 박사가 제1저자로 참여했고, 연구결과는 국제학술지 ‘어드벤스드 머티리얼스’ 7월 17일자 온라인판에 게재됐다.