[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보  |  e브릭몰e브릭몰 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
연재지정자유공모모집
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
과학으로 본 코로나19 (COVID-19)
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 4703  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
환자의 세포로‘자기 몸에 딱 맞는 치료제’개발 가능성 열어...연세대 김은경 교수 주도
의학약학 한국연구재단 (2015-06-03)

사람의 조직으로부터 나온 세포를 온전한 세포 덩어리(세포시트*)로 얻는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다. 체온에서 단시간에 세포 시트를 얻는 기술은 세계 최초로, 질병 치료에 자신의 세포를 활용하는 환자 맞춤형 세포 치료제 개발이 기대된다.
   * 세포 시트 : 세포를 시트 상에서 배양한 세포 가공품
 
연세대 김은경 교수가 주도하고 연세세브란스병원 김현옥 교수, 김재동 및 허준석 연구원, 박태훈 및 박치현 박사과정생이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부에서 추진하는 기초연구사업(선도연구센터지원)으로 수행되었고, 연구결과는 응용화학 분야의 권위지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Ed)’지 5월 11일자에 게재되었다.
   * 논문명 : Photothermally Induced Local Dissociation of collagens for Harvesting of Cell Sheets 

세포란 사람의 장기나 조직을 구성하는 기본요소로 손상된 조직을 치료하는 가장 근본적인 물질이다. 
그러나 우리 몸에 있는 세포는 너무나 작아서, 의료진이 치료물질로 사용하기 위해서는 세포를 직접 다룰 수 있게 눈에 보이는 크기의 시트로 만들어야 한다. 기존 연구에서는 온도에 민감한 특수 고분자 위에 세포 덩어리를 키운 뒤, 20도 이하로 온도를 낮추어 고분자가 온도에 반응해 세포를 떨어뜨리는 형태로 세포 시트를 얻었다.

그러나 이 방식은 온도를 20도씨로 낮추어야 하며, 만드는 과정에 1시간 이상이 소요되는 제약이 있어 상용화가 어려웠다.

김교수 연구팀은 고분자와 콜라겐*이 열에 반응하는 현상을 활용하여 37도의 체온에서 단 5분 만에 지름 1센티미터(cm) 이상의 세포 시트를 얻는 데에 성공했다.
  * 콜라겐 : 세포와 세포의 사이를 채워 조직을 지탱하는 단백질

연구팀은 먼저 전도성 고분자와 콜라겐을 바닥에 깔고 세포를 배양하였다. 그리고 37도의 체온에서 근적외선을 쪼이자, 실타래와 같이 얽혀있던 콜라겐 구조가 열에 의해 풀리면서 콜라겐이 녹아 액체가 되어 흘러나왔다. 이 과정에서 배양된 세포 덩어리만 빠르고 온전하게 떨어져 나오는 결과를 얻었다.

동 성과를 활용하면, 세포 배양 용기의 크기와 근적외선을 쪼이는 범위에 따라 세포시트를 원하는 형태로 얻을 수 있어, 환자의 손상된 조직에 딱 맞는 맞춤형 치료제를 개발할 수 있다.

김은경 교수는 “이번 연구는 치료 효과가 있는 안전한 광원인 근적외선을 생체친화적인 전도성 고분자 소재와 접목시켜 살아있는 세포시트를 얻어낸 첫 사례”로, “이 성과를 응용한 치료제 개발이 기대된다"고 연구 의의를 밝혔다.


연 구 결 과  개 요

1. 연구배경
 ○ 조직공학용 제제(손상된 장기/조직을 대체하기 위한 이식재) 개발은 주로 생체적합성 고분자 및 천연 세포외기질을 주요 구성성분으로 이용하지만, 최근 조직세포로 구성된 이식재의 등장으로 이를 상용화하고자 하는 노력이 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 기존에 개발된 조직세포시트 이식재는 특정온도에서 상변이가 가능한 온도감응성 고분자 기반 시스템에서 제작되었는데, 시트를 회수할 때, 배양온도보다 낮은 온도에서 진행하므로 세포에 안정된 환경에서의 제작이 어렵고, 회수시간도 오래 걸리므로 (1시간 이상 소요) 회수하는 과정에서 문제점이 드러났다. 본 연구를 통해서 기존 문제점들을 타개하면서 인간 자가세포로 구성된 이식재를 개발할 수 있는 중요한 과학적 근거를 제공했다.

2. 연구내용
○ 본 연구에서는 근적외선에 의한 전도성 고분자의 광열효과를 통한 세포시트배양 및 회수기술을 선보였는데, 근적외선 조사량을 조절하여 체내온도와 유사한 조건 (본 연구 세포배양 소요시간: 2일, 세포시트 회수조건: 37oC부근)하에 세포시트를 회수할 수 있었고, 이는 세포시트 공학의 시초라 불리는 일본 동경여자의과대학의 T. Okano 연구팀의 기존 연구 (T. Okano's 세포배양 소요시간: 5일이상, 세포시트 회수조건: 20oC이하)보다 쉽고 빠르게 개선되었다.
○ 본 연구에서는 근적외선 조사범위에 따라 회수된 인간조직유래 세포시트의 크기를 결정지을 수 있었다. 또한, 배양시스템으로 사용한 전도성 고분자의 경우, 용액 캐스팅 공정(solution casting process)으로 손쉽게 다양한 형태의 배양기판을 제조할 수 있으므로 얻어지는 세포시트를 원하는 형태로 회수가 가능하였다.
○ 본 기술을 이용한 세포시트 회수원리는 세포가 부착할 때 표면과의 상호작용을 모방하여 본 세포배양시스템에 적용하였는데, 핵심은 세포부착에 도움을 주는 콜라겐이란 단백질의 광열효과에 의한 구조변이다. 세포배양시, 근적외선에 의한 광열효과가 전도성 고분자 표면에서 발생하면서 세포와 연결된 콜라겐이 수초 만에 와해되고 이에 표면과의 상호작용이 사라지면서 세포시트가 회수되는 원리이다. 이러한 간단한 원리를 통해 본 연구진은 인간조직유래 세포시트를 배양 및 회수하였고, 근적외선을 이용하여 전도성 고분자의 광열효과를 통해 세계 최초로 세포시트를 회수하는 기술을 선보였다.

3. 기대효과
○ 대표적인 조직 대체물로서 사체나 동물로부터 적출한 장기는 이식에서 가장 주요한 자원이지만, 기증되는 장기의 수가 매년 부족하고 또한 타인의 장기를 이식 받더라도 면역 거부반응을 초래할 수 있어서 자가세포 추출 및 이식에 대한 연구가 새로운 과제로 떠오르고 있다. 이에 본 연구결과는 광열기반 인간세포시트 이식재의 개발을 통해 자가세포를 이용하므로 기존 이식재의 공급부족을 원활하게 해결할 수 있을 것으로 기대한다. 더 나아가서는 다양한 장기로 성장 가능한 자가줄기 세포시트를 통해 피부, 근육, 치아, 관절, 골, 안구 등 적재적소에 활용 가능한 만능조직 대체물로 기대한다.


연 구 결 과 문 답

이번 성과 뭐가 다른가

광열기반으로 인간세포시트 수확을 증명한 첫 사례

어디에 쓸 수 있나

장기이식재 및 자가면역 문제를 유발할 수 있는 환자에 맞춤형 치료에 적용할 수 있는 신개념의 치료제로 활용

실용화까지 필요한 시간은

약 10 여년 정도

실용화를 위한 과제는

현재 치료제를 특허 출원하였으며 등록과 기술 이전, 임상 시험 등의 과제를 해결해야 함

연구를 시작한 계기는

고령화 시대에 세포기반 치료제는 필수적이며, 본 ERC 연구팀의 주된 응용연구 주제임

조직공학용 세포시트 형성조건
[그림설명] 조직공학용 세포시트 형성조건.
(a) 인간조직유래 세포시트의 광학현미경 사진.
(b) 회수된 세포시트 내의 세포 간 상호작용을 시각화한 형광사진.
(c) 회수된 세포시트 내의 세포 생존율을 시각화한 형광사진.
(d) 근적외선 조사 면적 및 회수된 세포시트 면적, 세포시트 회수율에 대한 그래프. (e) 근적외선 조사 면적 및 근적외선 조사량, 발생한 광열온도에 대한 그래프.

다양한 전도성 고분자 패턴에서 회수된 세포시트 사진

[그림설명] 다양한 전도성 고분자 패턴에서 회수된 세포시트 사진.
(a-c) 패턴된 전도성 고분자 기판: a) 원형패턴, b) 삼각패턴, c) 사각패턴.
(d-f) 각 패턴에서 배양된 인간조직유래 세포의 광학현미경 사진.
(g-i) 각 패턴 위에서 배양된 세포형태를 관찰한 광학현미경 사진: g) 원형패턴, h) 삼각패턴 i) 사각패턴
(j-k) 각 패턴에서 회수된 세포시트의 저배율 광학현미경 사진: (j) 원형패턴, (k) 사각패턴.
(l) 사각패턴에서 회수된 세포시트 내 세포형태를 고배율로 관찰한 광학현미경 사진.

광열효과에 의해 전도성 고분자 표면에서 발생하는 콜라겐 수화현상분석
[그림설명] 광열효과에 의해 전도성 고분자 표면에서 발생하는 콜라겐 수화현상분석.
(a-c) 전도성 고분자 표면을 분석한 원자력간현미경(AFM) 사진: a) 순수 전도성 고분자 표면, b) 콜라겐이 도포된 전도성 고분자 표면, c) (b) 조건에서 근적외선이 조사된 후, 전도성 고분자 표면.
(d) (a)에서 (c) 조건의 전도성 고분자 표면을 분석한 적외선분광 광도계(FTIR) 그래프: a) 검정선, b) 빨강선, c) 파란선.
(e) (a)에서 (c) 조건에서 회수된 상층액의 성분을 분석한 전기영동(SDS-PAGE) 사진: I) 기준 단백질, II) 순수 콜라겐, III) (b)의 조건에서 회수한 상층액, IV) (c)의 조건에서 회수한 상층액.

광열효과기반 인간조직유래 세포시트 회수원리
[그림설명] 광열효과기반 인간조직유래 세포시트 회수원리.
(a) 콜라겐이 도포된 전도성 고분자 기판에서 인간조직유래 세포시트의 회수단계를 도식화한 구성도: I) 근적외선의 영향을 받지 않는 부분, II) 근적외선의 영향을 받아 콜라겐이 수화되는 부분.
(b) II) 부분에서 콜라겐이 수화되는 단계를 도식화한 구성도: I) 근적외선을 조사받기 직전, 콜라겐 구조 내에 물분자와 함께 안정화된 트리플헬릭스 (triple helix) 구조, II) 근적외선을 조사받은 후, 물분자와의 상호작용이 와해되는 현상, III) 와해된 트리플헬릭스 구조에 주변 물분자와의 새로운 상호작용이 생성되면서 수화되는 현상.


 

  추천 3
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0
등록
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
머크