고려대학교 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체내 나노코딩 제어 시스템을 개발했습니다. 이번 연구는 <Advanced Materials>에 게재됐습니다.
신개념 임플란트 소재
줄기세포는 주변 환경을 감지하며 그 환경에 맞는 조직 세포로 분화할 수 있습니다. 이런 특성을 이용하여 뼈, 지방, 근육, 심근, 혈관, 연골 등 다양한 기관 조직 세포로 분화를 유도할 수 있어 재생 의학 및 공학 분야에서 주목받고 있습니다.
그러나 체내에서 줄기세포의 부착에 대한 조절 뿐만 아니라 분화에 대한 조절이 원활하지 않다는 문제점이 있습니다. 줄기세포는 상대적으로 미분화된 세포로, 주변 환경에 따라 특정 세포로의 분화가 가능합니다. 이 때문에, 생체 재생, 인공 장기 형성, 세포 치료 등 환자 맞춤형 치료를 위한 핵심 세포로 각광받습니다.
연구팀은 나노틀과 펄스전기도금을 이용하여 제작된 철-금 다층 구조 나노선(나노바코드)을 활용하여 임플란트 소재 표면 위에서 리간드의 주기성과 배열순서를 정밀하게 제어할 수 있는 나노 코딩을 통한 줄기세포의 부착 및 분화의 조절이 가능한 시스템을 개발했습니다.
- 펄스전기도금
각 금속이온의 환원전위에 따라 서로 다른 크기의 전류 혹은 전압을 도금용액에 인가해 특정 금속 이온만의 환원을 유도하는 나노소재 합성 방식입니다.
- RGD 리간드
세포 부착을 매개하게 하는 세포외 기질(Extracellular Matrix)의 단백질 중 파이브로넥틴의 아미노산 서열을 말합니다. 세포막에 존재하는 수용체 인테그린(integrin)은 RGD 리간드를 인지하고 세포가 부착되도록 합니다.
- 나노바코드
철, 금 같은 이종의 금속이 교대로 대나무처럼 마디를 형성하는 다층 구조 나노선을 이용해 각 마디의 주기성과 배열순서를 바꾸어 특성을 달리할 수 있는 나노구조입니다.
나노바코드는 그 마디의 주기성과 배열 순서를 다르게 하여 다양한 표현형을 가지도록 유도됐고 나노리간드 주기성이 낮고 배열순서가 끝단에 위치할수록 줄기세포의 부착율과 골세포로의 분화율이 성공적으로 향상되는 것을 확인할 수 있었습니다.
나노바코드를 이용한 리간드 주기성과 배열순서의 정밀한 코딩 제어 시스템 개발로 임플란트 소재의 생체내 줄기세포의 제어 가능성을 검증한 데 의의가 있습니다.
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