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융합공학부 김태형 교수팀, 줄기세포 자동 분화 플랫폼 SMENA 세계 최초 개발

관리자 2022-05-06 조회 1898


융합공학부 김태형 교수 연구팀이 체내 줄기세포의 자연 분화 과정을 모사해 원하는 세포를 간편히 취득할 수 있는 ‘줄기세포 자동 분화 플랫폼(SMENA)’을 세계 최초로 제작하는 데 성공했다.


본래 줄기세포를 통해 특정 세포를 취득하기 위해서는 줄기세포만의 독특한 전환 과정인 ‘분화’ 과정을 필요로 한다. 이 때 세포 분화의 효율성·안정성을 높이기 위해 생체 내 환경의 특성을 모사하는 기술이 중요하게 다뤄진다. 


지금까지는 분화 유도 인자를 첨가한 배양액을 사람이 직접 주기적으로 교체하는 수동적인 방식에 의존해 왔다. 이로 인해 실제 체내 환경과 차이가 생기는 것을 피하기 어려웠으며, 줄기세포 분화 효율과 세포 취득률에 변동성이 발생한다는 문제를 안고 있었다. 


김태형 교수 연구팀은 장기 배양 기간 동안 일정하게 분화인자를 방출하는 단일 금속-유기골격체 나노입자 패턴을 활용해 ‘줄기세포 자동 분화 플랫폼(SMENA, Single Metal-Organic Framework-Embedded Nanopit Arrays)’을 세계 최초로 완성해 문제를 해결했다. 세포 배양 기판에 균일한 형태의 나노홀(Nanopits)을 제작하고, 나노홀 하나에 나노입자를 하나씩 배치하는 기술을 적용함으로써 거둔 성과다. 


SMENA는 2주 이상의 분화 기간 동안 나노입자의 변성·소실 없이 배양액만으로 신경분화를 유도해 냈다. 안정적 분화 인자의 공급으로 인해 기존 분화 프로토콜 대비 40배 이상 신경분화가 촉진된다는 점도 확인됐다. 


김태형 교수는 “SMENA 기판은 간엽줄기세포, 유도만능줄기세포, 배아줄기세포 등을 포함해 다른 종류의 줄기세포 분화에도 활용될 수 있다. 범용성과 확장 가능성이 매우 높은 새로운 형태의 줄기세포 배양 플랫폼이 될 것으로 기대한다”고 전했다. 


이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오의료기술 개발사업, 중견연구자 지원사업, 중소벤처기업부의 산학연 Collabo R&D 사업을 통해 이뤄진 것이다. 김태형 교수 연구실의 조연우 박사과정 학생과 숙명여대 최경민 교수 연구실의 지서현 박사과정 학생이 제1저자, 김태형 교수와 최경민 교수가 교신저자를 맡았다. 대학원 융합공학과를 졸업한 Intan Rosalina Suhito 박사와 융합공학부 이정현 재학생, 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수도 공동저자로 참여했다. 


보다 자세한 연구성과는 Single metal-organic framework–embedded nanopit arrays: A new way to control neural stem cell differentiation 논문을 통해 확인할 수 있다. 해당 논문은 세계 3대 학술지 사이언스(Science)의 자매지인 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 지난달 20일 온라인 게재됐다. 전 세계에서 가장 주목할 만한 재료 분야의 최신 연구 성과를 요약하는  네이처 리뷰 머티리얼(Nature Reviews Materials, IF 66.31)의 Research Highlight로도 선정돼 6월 중 게재될 예정이다.