줄기세포는 다른 세포로 분화할 수 있는 세포인데요. 면역 반응을 최소화할 수 있고 유효한 단백질 인자를 배출하는 등 치료제로써 다양한 장점을 지닙니다. 이에 줄기세포는 미래 바이오 헬스 분야에서 중요한 요소로 여겨지는대요. 미래 바이오 헬스 분야에는 조직공학, 재생의학 등이 대표적입니다.
줄기세포를 이용한 다양한 연구가 국내외에서 활발하게 진행되고 있습니다. 특히 줄기세포의 기능을 높이거나 특정 세포로의 분화를 촉진하는 차세대 기술 확보가 중요한데요. 이를 통해 손상된 조직을 회복시키거나 재생시킬 수 있기 때문입니다.
이런 분위기 속에서 전남대학교 김장호 교수와 UNIST 정훈 교수 공동 연구팀은 줄기세포의 기능을 촉진할 수 있는 나노바늘 구조의 생체소재 부품기술을 개발했다고 하는데요. 관련 연구는 <ACS NANO>저널에 게재됐습니다. 논문에 따르면 연구팀은 하이드로젤 소재의 나노바늘 구조의 지지체에 줄기세포를 배양했습니다. 이후 성장인자 분비를 촉진해 뼈, 연골, 지방 등의 특정 세포로의 분화를 향상시켰습니다. 그 결과 조직을 효과적으로 재생시킬 수 있었습니다.
반도체 공정 이용
연구진은 반도체 공정을 이용했습니다. 직경 50nm, 높이 300nm의 나노바늘을 500nm 간격으로 배열해 나노지압 패치를 제작했습니다. 이때 핵심은 정렬돼 있는 나노바늘이 줄기세포 부착 표면에 줄기세포에 구조적으로 적절한 자극을 전달할 수 있도록 하는 것이 었습니다. 줄기세포의 다양한 기능에 영향을 미칠 수 있기 때문인데요. 특히 줄기세포의 연골, 지방, 골세포로의 분화가 촉진되면서 성장인자 분비가 향상되는 것이 관찰됐습니다.
이후 연구팀은 나노바늘 구조 지압패치에 줄기세포를 배양했는데요. 이를 실제로 두개골에 손상을 입은 쥐에게 삽입했습니다. 2주 후 연구팀은 쥐의 골 조직 재생이 향상되는 걸 확인했습니다. 정확히는 이식된 나노바늘 구조 지압패치에 존재하는 줄기세포의 특정 골세포 분화 단백질이 생성되는 걸 촉진했다는군요.
또한 연구팀은 줄기세포 배양 및 의료기기 삽입 수술 시 문제가 될 수 있는 박테리아의 바이오필름 형성을 억제할 실마리도 찾아냈습니다. 나노바늘 구조는 상대적으로 큰 줄기세포에 적당한 자극을 주는데요. 이 덕분에 줄기세포 기능은 촉진시키면서 작은 박테리아의 막에는 손상을 줘 바이오필름 형성을 억제했습니다.
줄기세포 기능 높이고, 바이오필름은 억제하고
연구팀의 나노지압패치는 줄기세포 기능을 향상시키고 특정 세포로 분화가 가능합니다. 이와 동시에 박테리아의 바이오필름은 억제합니다. 따라서 생체소재를 활용한 차세대 임플란트 등의 의료 기기 또는 줄기세포 기반의 바이오 의약품 및 조직재생 치료제 개발에 활용될 전망입니다. 또한 나노수준의 정밀한 약물 및 유전자 등을 전달할 수 있는 나노바늘 구조 기반의 약물 및 유전자 전달 플랫폼으로도 사용될 수 있습니다.
연구팀은 "나노바늘구조가 줄기세포와 박테리아에 미치는 영향을 중점적으로 살펴봤다"며 "향후 이 나노구조체를 이용한 약물전달플랫폼 연구를 지속할 계획"이라고 밝혔습니다.
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