유전자 조작이나 화학 약물 투여 없이 순수한 기계적 물리 자극만으로 노화한 줄기세포의 기능을 획기적으로 재생하는 혁신 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 완성됐다.
건국대학교 첨단바이오공학부 조쌍구 교수 연구팀은 고려대학교 바이오의공학부 정아람 교수 연구팀과의 공동 연구를 거쳐, 장기 배양 과정에서 기능이 급격히 저하된 줄기세포를 복원하는 미세유체 기반 정밀 플랫폼을 완성했다고 공표했다. 이번 연구 성과는 저명한 학술 권위지 '스몰(Small)' 최신호 온라인판에 정식 수록되며 세계 바이오 학계의 집중적인 주목을 받았다.
줄기세포는 난치성 질환 치료와 첨단 재생의학 전반에서 핵심 소재로 평가받는다. 하지만 체외에서 지속적인 계대 배양을 거치면 세포 자체가 늙고 활성도가 급격히 떨어진다는 치명적인 한계가 존재했다. 그동안 학계에서는 이를 해결하고자 화학 물질을 첨가하거나 유전자를 변형하는 방식을 주로 시험해 왔으나, 이는 세포의 안전성 확보와 바이오 의약품 규제 통과라는 거대한 걸림돌을 남겼다.
연구팀은 이러한 기존 방식의 한계를 완전히 극복하기 위해 물리적 자극 방식에 주목했다. 생명과학 기반의 세포 노화 측정 기법과 미세유체공학 기술을 결합함으로써, 공정 단계 내에서 세포 손상 없이 기능을 원상 복구하는 ‘미세유체 세포 압축 재활성화 플랫폼(µ-CPR)’을 고안해 냈다.
µ-CPR 장치는 정밀하게 설계된 아주 미세한 유로 구조 내부로 줄기세포를 통과시키는 원리로 작동한다. 제어된 유체역학적 응력과 미세 압축 자극이 세포 표면에 전달되면, 세포 내부의 물리적 변형이 촉진되면서 유전성 손상 없이 활성화 반응이 유도된다.
실제 연구팀이 다회 배양으로 노화가 진행된 탯줄 유래 와튼젤리 중간엽줄기세포(WJ-MSC)를 해당 장치에 통과시킨 뒤 변화를 측정한 결과, 세포의 사멸이나 파괴는 최소화된 반면 성장 속도와 분화 능력은 젊은 상태의 줄기세포와 대등한 수준까지 회복됐다.
특히 세포 내부의 산화 스트레스 지표와 DNA 손상 마커가 현격히 줄어들었으며, 줄기세포 고유의 다능성과 분화 잠재력은 손상되지 않고 완벽히 유지됐다. 생쥐 피부 상처 모델에 적용한 생체 내 실험에서도 상처 부위의 재생과 조직 복원 속도가 크게 증진됨을 입증했다.
이번에 개발된 장치는 단 1시간 만에 약 2억 7,000만 개에 달하는 대용량 세포를 안정적으로 처리하는 탁월한 유속 제어 성능을 보였다. 이는 향후 바이오 의약품용 줄기세포 대량 생산 공정에 곧바로 이식할 수 있는 실용적 가치를 입증한 대목이다.
이번 연구는 건국대 장수빈·전탁일·강근호 연구자가 공동 제1저자로, 고려대 정아람 교수와 건국대 조쌍구 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 또한 엠엑스티바이오텍과 스템엑소원 연구진이 합작하여 상용화 연구를 가속화하고 있다.
조쌍구 교수는 "약물이나 유전자 조작 없이 정밀 물리 공정만으로 줄기세포 노화를 역전시킬 수 있음을 증명한 데 큰 의미가 있다"며 "후속 연구를 거쳐 다양한 세포원에서 재현성을 입증하고 실제 재생의료 생산 라인에 접목할 수 있도록 완성도를 높일 것"이라고 밝혔다.
정아람 교수 역시 "세포 상해를 극도로 줄이면서 자극만으로 활성도를 극대화하는 미세유체 플랫폼의 강점을 활용해 첨단 치료제 공정 분야로 적용 영역을 계속 확대해 나갈 방침"이라고 강조했다.
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}