건국대학교는 동물생명과학대학 동물생명공학과 조쌍구 교수 연구팀이 차의과대학 김순학 교수와 공동으로 체세포를 역분화해 유도만능줄기세포를 만드는 과정에서 나노 물질을 이용해 보다 안전하고 효율적인 줄기세포를 생산할 수 있는 원천기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
이는 기존의 기술보다 효율성과 안전성이 높은 유도만능줄기세포를 만드는 바이오연구와 세포 내 독성이 적은 효율적 유전자 도입 물질을 찾는 나노 기술의 융합과학 연구 성과로 부작용 우려가 없고 안전성 높은 환자 맞춤형 줄기세포와 세포치료제 개발 가능성을 높인 것으로 평가 받고 있다.
조 교수팀은 환자 자신의 체세포로부터 줄기세포를 역분화해 유도만능줄기세포 또는 역분화 줄기세포 를 만드는 과정에서 기존의 바이러스 시스템을 이용한 줄기세포 유도 방법이나 화학물질 주입 등 비바이러스 시스템 의 미세한 나노입자인 나노파티클을 매개체로 이용해 나노물질과 유전자를 결합한 유전자결합체를 만들고 이를 이용해 독성이 없고 보다 안전한 유도만능줄기세포를 효율적으로 생산할 수 있었다.
또한 나노파티클을 제조할 때 철분자를 첨가해 자성을 유도하고, 이 자성 나노파티클과 DNA을 결합된 후 세포에 처리했으며, 자석의 힘를 통해 세포안으로 DNA와 자성 나노파티클이 효율적으로 들어가도록 하고, 세포 내에서 자성 나노파티클과 DNA의 결합으로 DNA의 분해가 훨씬 느리게 일어나 오랜 동안 DNA의 발현이 유지됨으로써 유도만능줄기세포의 효율적인 생성이 가능하다는 사실을 밝혀냈다.
또 일정 시간 후, 도입된 DNA는 분해되어 사라지고, 세포 내에 남을 수 있는 나노파티클은 세포 독성이 없기 때문에 안전하며, 세포가 분열하면서 하나의 세포 내에 남아 있는 나노파티클의 양은 점점 감소해서, 일정 수로 분열 후에는 하나의 세포 내에 존재할 수 있는 나노파티클 양은 거의 극미량이므로 상대적으로 매우 안전한 방법이라는 점이 증명됐다.
연구결과는 기존의 바이러스 시스템을 이용해 유도만능줄기세포를 생성할 경우 낮은 안전성과 비바이러스 시스템으로 유도만능줄기세포를 유도할 때 생기는 낮은 효율 등의 단점을 극복할 수 있는 중요한 유전자 도입기술로 평가된다.
이에 나노파티클을 이용한 유전자 도입방법으로 유도만능줄기세포를 생산하는 것은 높은 효율성이 검증되었을 뿐만 아니라 생체내 무독성에 대한 실험 결과는 앞으로 다양한 관련연구에 많은 영향을 줄 것으로 보인다.
조 교수는 “이번 연구결과는, 기존의 유전자 도입기술보다 높은 효율로 안전성 높은 유도만능 줄기세포를 유도하고자 한 BT (biotechnology) 연구와 세포 내 독성이 적은 효율적 유전자 도입 물질을 찾기 위한 NT (nanotechnology) 연구의 융합연구 결과이며, 앞으로의 안전성 높은 유도만능 줄기세포 생산 연구에 많은 영향을 줄 수 있는 중요한 실험결과로 해석된다”고 말했다.
한편, 이 연구결과는 생체재료 분야의 세계적 권위의 학술지인 ‘바이오머티리얼스’ (Biomaterials) 최근호에 게재됐다.
홍미현 기자
