고려대 신소재공학부, 줄기세포 정밀 제어 기술 개발

세포외기질(ECM) 구조 분자 수준에서 정밀 모사

줄기세포 움직임 효과적 제어

재료과학 분야 세계적 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 4월 26일 게재

고려대 신소재공학부 강희민 교수(왼쪽 첫 번째), 고려대 홍현식 박사과정생(왼쪽 두 번째), 고려대 김다희 박사과정생. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 고려대 신소재공학부 강희민 교수 연구팀이 생체 조직의 기능 및 재생을 조절하는 데 핵심적인 세포외기질(ECM)의 복합적이고 동적인 구조를 분자 수준에서 정밀하게 모사했다. 이어 줄기세포의 움직임을 효과적으로 제어할 수 있는 시스템을 개발했다.

뇌, 피부, 뼈 등 다양한 생체 조직은 복잡하고 동적인 홈–능선(groove–ridge) 구조를 포함하고 있다.

이들은 세포외기질 내의 세포 부착성 리간드(생물학적 목적을 위해 생체분자와 복합체를 형성하는 물질)들과의 상호작용을 통해 세포의 부착, 분화 등 주요 생물학적 거동을 조절한다.

기존 줄기세포 제어 연구들은 세포외기질의 정적인 홈-능선 구조를 모사했다. 그러나 분자 수준에 해당하는 수십 나노미터 수준에서 동적으로 홈-능선 상태를 전환할 수 있는 기술은 구현되지 못했다.

이로 인해 분자 수준의 세포–리간드 상호작용을 정밀하게 규명하거나 이를 기반으로 한 조직 재생 응용 연구에 한계가 있었다.

연구팀은 수십 나노미터 수준에서 홈 폭을 정밀하게 조절할 수 있는 비자성 나노소재를 제작하고 표면에 세포 부착성 리간드(RGD)를 갖는 자성 나노입자를 고분자 링커를 통해 나노 홈 내부에 유연하게 결합했다.

이를 통해 외부 자기장 자극에 의해 원격으로 홈–능선 구조 상태를 동적으로 전환할 수 있는 시스템을 구현할 수 있었다.

수십 나노미터(분자 수준)의 홈 폭 조절 가능한 비자성 나노소재와 자성 나노입자를 이용해 생체 조직의 동적 홈-능선 구조를 구현한 시스템의 모식도. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

이 시스템은 분자 수준의 홈 폭 차이에 따라 줄기세포의 부착 및 분화를 효과적으로 조절했다. 또한 자기장에 의해 자성 나노입자의 상하 위치를 조절함으로써 동적인 홈-능선 상태 전환이 가능했다.

이를 통해 세포 거동을 정밀하게 제어할 수 있었으며 생체 내 실험에서도 이러한 조절 효과가 유효함을 입증했다.

강 교수는 "이번 연구는 세포외기질 구조를 모사해 줄기세포의 분자 수준 거동 메커니즘의 근본적 이해를 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 설명했다.

한편 본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 과학기술정보통신부 나노 및 소재 분야 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.


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