'탐정'처럼 줄기세포 추적 가능해진다
'탐정'처럼 줄기세포 추적 가능해진다
  • 강지희
  • 승인 2019.11.07 18:00
  • 조회수 398
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줄기세포는 예나 지금이나 각광받고 있다. 출처: AdobeStock
줄기세포는 예나 지금이나 각광받고 있다. 출처: AdobeStock

줄기세포는 전 세계 의ㆍ과학계의 최대 관심사인데요. 줄기세포는 모든 종류의 기관과 조직으로 분화할 수 있는 전분화능(全分化能, pluripotency)을 갖기 때문이죠. 이론상 줄기세포를 이용하면 근육, 뼈, 장기, 뇌 등 어떤 손상 세포와 조직도 재생이 가능합니다. 하지만 인체에 이식한 줄기세포의 분화 과정을 적절히 제어하기 어렵다는 점이 한계였습니다. 이를 해결하기 위해서는 먼저 줄기세포의 생존과 이동, 분포 등을 정확히 파악하는 방법이 필요합니다.

KIST 연구진, 셜록이 되다. 출처: pixabay
KIST 연구팀, 줄기세포 탐정이 되다. 출처: pixabay

한국과학기술연구원 테라그노시스연구단 김광명 박사팀은 동국대학교 일산병원 신경과 김동억 박사팀과의 공동연구를 통해 인체에 이식한 줄기세포를 추적하는 신개념 줄기세포 표지(labeling) 및 영상화(imaging) 기술을 개발했다고 합니다. 연구팀의 기술은 생체 적합성이 높은 조영제 나노입자를 줄기세포에 결합시켜 장기간 형광영상과 자기공명영상(MRI)의 복합영상으로 모니터링이 가능하다고 하는데요. 해당 연구 논문은 <ACS Nano>에 게재됐습니다. 

 

줄기세포 장기간 추적 가능해진다

 

표지(labeling) 및 영상화(imaging) 기술은 줄기세포 치료제의 이동과 분포를 관찰하는 기술입니다. 최근 줄기세포의 체내 이식 후 변화상을 추적하는 기술로도 주목받고 있죠. 하지만 기존의 세포 표지기술은 조영제 또는 조영제가 함유된 나노입자를 줄기세포에 직접 표지하거나 유전자 조작을 통해 영상화가 가능한 세포로 전환해야 했습니다. 때문에 줄기세포 고유의 전분화능과 인체 안전성 저하의 우려가 제기되어 왔는데요.

 

복합조영제 나노입자가 표지된 줄기세포의 추적 영상 기술의 모식도. 출처: KIST

KIST 연구진은 생체 적합성이 높고 줄기세포의 전분화능에도 영향을 주지 않는 신개념 표지 기술 개발을 위해 당대사공학 및 생물직교성 무동 클릭화학을 이용했습니다. 이를 통해 연구팀은 줄기세포 표면에 안전하게 표지할 수 있는 화학수용체를 만들었는데요. 또한 연구팀은 이와 특이적으로 결합하는 산화철 기반의 복합조영제 나노입자를 개발했습니다. 그 결과 줄기세포의 영상신호를 극대화하는 고감도 복합영상을 획득하는데 성공했습니다. 

 

  • 당대사공학(metabolic glycoengineering)? 

알킨, 티올, 아자이드 등 다양한 화학 반응기를 세포 표면의 당 단백질에 인공적으로 도입할 수 있는 기술입니다. 세포에 존재하는 당 단백질 합성과정을 이용하기 때문에 세포 독성이 없고 표지 가능한 화학 반응기의 양을 인위적으로 조절할 수 있습니다.  

 

  • 생물직교성 무동 클릭화학(Bioorthogonal copper-free click chemistry)?

아자이드와 알킨기가 구리 촉매 없이 특이적으로 결합되는 현상입니다. 독성이 있는 구리 촉매를 사용하지 않기 때문에 세포나 생체 독성이 없고 기존 반응보다 반응속도가 빠릅니다.  

형광/자기공명 복합 영상을 이용한 줄기세포 추적 영상. 출처: KIST

연구팀은 개발한 기술을 뇌졸중 동물모델 실험에 적용했습니다. 연구팀은 뇌졸중이 유발된 실험용 쥐의 뇌에 복합조영제 나노입자로 표지된 줄기세포를 이식했습니다. 그 후 근적외선 형광 영상 및 MRI 영상을 바탕으로 체내 추적 영상을 분석했는데요. 그 결과 연구팀은 줄기세포의 이동 및 병변 부위 내 분포를 14일 간에 걸쳐 안정적으로 관찰할 수 있었습니다. 이는 새로 개발된 복합조영제 나노입자 및 줄기세포 표지기술이 줄기세포의 전분화능 손실과 세포 독성 발현을 최소화했기 때문에 가능했습니다. 

김광명 박사. 출처: KIST
김광명 박사. 출처: KIST

KIST 김광명 박사는 "이번에 개발한 줄기세포 표지 및 추적기술은 뇌에 이식한 줄기세포의 치료 효과를 고감도 복합영상으로 장기간 추적할 수 있게 하는 기술"이라며 "향후 뇌 질환용 줄기세포 치료제 개발과 효능 예측에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔습니다. 

 

##참고자료##

 


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