연구성과

기계 김동성 교수팀, ‘온도’ 변화로 ‘세포시트’ 만드는 새로운 3차원 플랫폼 개발

2019-06-10 334

[온도감응형 하이드로젤 기반 3차원 세포배양 플랫폼 개발]

190610_연구성과 인물

‘세포시트 (cell sheet)’ 공학 기술은 세포배양 플랫폼에 세포를 시트(sheet)처럼 키운 후 ‘세포시트’만을 수확하여 손상부위에 이식하는 기술로, 재생의료기술 중에서도 외부물질 이식에 따른 면역반응이나 거부반응이 일어나지 않아 큰 관심을 모으고 있는 분야다.

기계공학과 김동성 교수, 박사과정 최이현 씨와 원광대 기계공학과 서경덕 교수 연구팀은 온도변화에 반응하는 특수 고분자, 폴리나이팜(PNIPAAm)을 3차원 형상으로 구현, 손상부위에 적합한 맞춤형 ‘세포시트’를 제작할 수 있는 온도감응형 3차원 세포배양 플랫폼을 개발했다.

온도감응형 고분자인 ‘폴리나이팜’은 세포친화적인 배양 환경을 제공할 수 있으며 특히 온도 변화에 따라 친수‧소수 특성 변화를 일으키는 물질이다. 기존에는 이러한 특성을 기반으로 폴리나이팜을 세포배양접시에 나노미터(nm) 수준으로 얇게 코팅하여, 세포 배양 후 온도 변화를 통해 ‘세포시트’를 수확해 왔지만, 세포별로 필요한 코팅 조건이 각자 달라 활용 범위가 제한됐다.

김 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 폴리나이팜 자체로 세포배양 플랫폼을 구현하는데 초점을 맞추어 연구를 진행했다. 그 결과 폴리나이팜의 함유량을 극대화하고 하이드로젤 자체의 탄성 계수를 기존 대비 1,500배 증가시킴으로써, 폴리나이팜으로만 이루어진 온도감응형 3차원 세포배양 플랫폼을 제작하는데 성공했다.

제안된 플랫폼은 온도 변화에 따라 표면 거칠기(roughness)가 극적으로 변화해 세포의 탈부착이 용이하며, 하나의 플랫폼 상에서 세포주(cell line)부터 1차 배양세포(primary cell)에 이르기까지 다양한 세포의 ‘세포시트’를 수확할 수 있다는 사실을 확인했다. 또, 이 3차원 플랫폼에는 다량의 영양분들이 함유되어 있어, 세포시트 제작에 소요되는 시간을 기존 평균 7일에서 3일로 단축시키고 세포시트 기능도 향상시킬 수 있었다.

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연구를 주도한 김동성 교수는 “이번 연구를 통하여 제안된 하이드로젤 기반의 온도감응형 3차원 세포배양 플랫폼은 모든 종류의 세포를 ‘세포시트’로 만들어 수확할 수 있어, 향후 재생의학 분야 특히 세포시트공학 기술 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

한편 생물소재 분야 국제학술지인 바이오머터리얼스 사이언스(Biomaterials Science)지의 표지논문을 통해 발표된 이번 연구성과는 한국연구재단 개인연구사업(중견연구), 바이오닉암 메카트로닉스 융합연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.