최근 나노물질을 이용한 유도만능줄기세포 생성 원천기술이 건국대연구팀에 의해 개발됐다.
건국대는 동물생명과학대학 동물생명공학과 조쌍구 교수 연구팀이 차의과대학 김순학 교수와 공동으로 체세포를 역분화해 유도만능줄기세포를 만드는 과정에서 나노 물질을 이용해 안전하고 효율적인 줄기세포를 생산할 수 있는 원천기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
이 기술은 종전보다 효율성과 안전성이 높은 유도만능줄기세포를 만드는 바이오(BT: biotechnology)연구와 세포 내 독성이 적은 효율적 유전자 도입 물질을 찾는 나노(NT: nanotechnology) 기술의 융합과학 연구 성과로 부작용 우려가 없고 안전성 높은 환자 맞춤형 줄기세포와 세포치료제 개발 가능성을 높인 것으로 평가 받고 있다.
이 연구결과는 생체재료 분야의 세계적 권위의 학술지 ‘바이오머티리얼스’ (Biomaterials) 최근호에 게재됐다.
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나노 유도만능
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조 교수팀은 환자 자신의 체세포로부터 줄기세포를 역분화시켜 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell) 또는 역분화 줄기세포(reprogrammed stem cell)를 만드는 과정에서 기존의 비바이러스 시스템 대신 170nm(1nm나노미터는 10억분의1 m)의 미세한 나노입자인 나노파티클(nanoparticle:세포를 통과할 수 있는 매우 작은 크기의 나노입자)을 매개체로 이용해 나노물질과 유전자(DNA)를 결합시킨 유전자결합체를 만들고 이를 이용해 독성이 없고 안전한 유도만능줄기세포를 효율적으로 생산할 수 있게 됐다고 전했다.
연구팀은 나노파티클을 제조할 때 철분자를 첨가해 자성(magnetic)을 유도하고, 이 자성 나노파티클과 DNA을 결합된 후 세포에 처리했다.
연구팀은 자석의 힘(magnetic force)을 통해 세포 안으로 DNA와 자성 나노파티클이 효율적으로 들어가도록 한 뒤 결합시켜 DNA의 분해가 훨씬 느리게 일어나도록 해 오랜 동안 DNA의 발현이 유지되게 함으로써 유도만능줄기세포의 효율적인 생성이 가능하다는 사실을 밝혀냈다.
일정 시간 후, DNA는 분해되어 사라지고, 세포 내에 남을 수 있는 나노파티클은 세포 독성이 없기 때문에 안전하다.
또 세포가 분열하면서 하나의 세포 내에 남아 있는 나노파티클의 양은 점점 감소해, 일정 수로 분열 후 거의 극미량이 남아 안전하다는 사실을 증명해냈다.
이번 연구결과는 기존의 바이러스 시스템을 이용해 유도만능줄기세포를 생성할 때의 단점을 극복할 수 있는 중요한 유전자 도입기술로 평가받고 있다.
이 기술은 높은 효율성이 검증됐을 뿐만 아니라 생체 내 무독성에 대한 실험 결과는 앞으로 다양한 관련연구에 많은 영향을 줄 것으로 보인다.
조 교수는 “이번 연구결과는, 기존의 유전자 도입기술보다 높은 효율로 안전성 높은 유도만능 줄기세포를 유도하고자 한 BT (biotechnology) 연구와 세포 내 독성이 적은 효율적 유전자 도입 물질을 찾기 위한 NT (nanotechnology) 연구의 융합연구 결과다. 앞으로의 안전성 높은 유도만능 줄기세포 생산 연구에 많은 영향을 줄 수 있는 중요한 실험결과로 해석된다”고 말했다.
조 교수팀은 이 기술을 바탕으로 사람의 다양한 질환 치료제 개발을 위한 후속 연구를 삼성의료원, 한양대병원, 고려대 등과 진행하고 있다.
조 교수는 한국파스퇴르연구소(IP-K)와 공동연구를 통해 뇌질환 관련 유도만능줄기세포의 구축과 이들 질환관련 유도만능줄기세포를 활용한 질환 치료 신약 개발 연구를 진행하고 있다.
건국대와 한국파스퇴르연구소(IP-K)는 지난 7월 상호 교류와 연구협력 협약(MOU)을 체결했다.
조 교수팀의 바이오 생명과학 분야의 기초연구 성과를 바탕으로 글로벌 수준의 특화된 중개연구기관인 한국파스퇴르연구소(IP-K)의 첨단 신약개발 기술의 융합을 통해 세계적인 연구와 사업성과를 이루어낼 것으로 기대된다.
조 교수는 “한국파스퇴르연구소(IP-K)의 뛰어난 다국적 연구진들과의 정보교류, 바이오 이미징 및 차별화된 세포 탐색기술 등을 통해 줄기세포를 통한 신약개발 연구를 선진화 할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구에는 건국대 박사과정 이창현(동물생명공학과) 연구원과 김정현(의생명과학연구원 의생명과학과) 연구원 등이 공동 주저자로 주도적인 역할을 했다.
이창현 연구원은 다양한 줄기세포와 유전자 도입에 대한 다수의 논문과 특허를 지니고 있다. 김정현 연구원도 세포 신호전달 관련 다수의 논문과 특허를 획득해 앞으로 추가적인 우수한 연구성과가 기대된다.
이번 연구는 교육과학기술부 ‘미래기반 지원 사업’과 보건복지부 ‘보건의료 기술개발 사업’의 지원을 받아 시작됐다.
기사최종편집일: 2024-04-26 22:33:08
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