요약
배양액 교체만으로 손상 없이 세포시트를 수확할 수 있게됐습니다. 건강한 세포를 분리해 손상조직에 이식할 충분한 양으로 증폭시킨 후 시트(sheet)형상으로 회수할 수 있는 세포배양 플랫폼이 소개됐습니다. 배양 조건 그대로 배양액(buffer)만 교체해 세포 수확 과정에서의 손상을 줄였습니다. 이식 후 손상 조직의 재생 효율을 높일 단초가 될 것으로 기대됩니다.
KAIST 생명화학공학과 임성갑 교수와 연세대학교 생명공학과 조승우 교수 연구팀은 온도 변화 없이 단시간 내 세포 시트를 배양기판으로부터 손상 없이 분리하는 방법을 개발했습니다. 이번 연구는 <Advanced Materials>에 게재됐습니다.
배양액 교체 만으로 문제 해결
피부나 연골 등 조직 손상이 심한 부위에 생체이식을 하려면 체외에서 해당 세포를 배양하여 증식시키는 과정이 필요합니다. 이 때 평면 형태의 기판 위에 시트 형태로 단단히 접착되어 자라는 세포시트를 손상 없이 떼어내는 것이 중요한데요. 기존에는 배양온도를 세포에 적합한 37℃에서 20℃ 이하로 낮춰 20분 이상 노출, 기판을 친수성으로 바꿔 세포시트를 분리하는 방식 등이 시도됐습니다. 하지만 세포에 스트레스가 되는 급격한 온도 저하와 소요 시간으로 인해 세포시트의 손상이 우려돼왔습니다.
이에 연구팀은 배양기판 표면을 생체적합성 고분자로 코팅, 세포와 배양기판 간의 접착력을 정밀히 조절할 수 있도록 표면을 개질했습니다. 이를 통해 세포가 자라는 데 필요한 영양분이 든 배양액을 교체하는 간단한 방법으로 온도나 산성도 변화 없이 100초 내에 배양하던 세포를 시트 형상으로 회수하는 데 성공했습니다.
세포와 세포, 그리고 세포와 세포외기질 간의 부착에 중요한 역할을 하는 세포막 단백질인 인테그린과 배양기판 표면 사이의 접착이 양이온에 의존한다는 점에 착안해 양이온이 없는 배양액을 처리, 세포시트를 신속하게 분리할 수 있었습니다. 실제 인간성체줄기세포, 쥐근아세포, 인간피부섬유모세포 등 여러 세포를 파종(seeding)해 배양한 후, 배양환경 그대로 시트형태로 수확해 냈습니다. 이렇게 얻은 세포의 세포주기와 DNA 함량은 정상 범위였으며 특히 줄기세포시트의 경우 재생효과물질의 분비가 2배 이상 증가했습니다.
나아가 수확한 세포시트를 적층, 당뇨병성 궤양 생쥐모델에 이식하자 상처부위 면적이 급격히 감소하고 표피의 두께가 증가하는 등 상처가 빠르게 치유됐습니다. 허혈성 생쥐모델에 이중층 세포시트를 이식하자 혈관형성 촉진과 혈류 흐름 증가가 나타났으며 피부궤사와 허혈성 사지 손실이 완화됐습니다.
교신저자인 KAIST 이은정 연구교수는 "개발한 세포시트 수확방법을 토대로 향후 심근세포, 위장세포, 각막세포 등 여러 조직의 세포시트를 활용한 조직재생 연구를 수행할 계획"이라고 밝혔습니다.
##참고자료##
Jieung Baek et al., "A Surface-Tailoring Method for Rapid Non-thermosensitive Cell Sheet Engineering via Functional Polymer Coatings", Advanced Materials(2020)
