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나노바늘로 줄기세포 자극···세포분화 활발, 세균 억제

전남대·UNIST 연구팀, 나노바늘구조 지지체 개발
성장인자 분비, 뼈·연골·지방 세포 분화 촉진
나노바늘의 자극이 줄기세포와 박테리아에 영향을 미친다는 결과가 나왔다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 김장호 전남대 교수와 정훈의 UNIST 교수 연구팀이 줄기세포의 기능을 촉진하는 나노바늘 생체소재를 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 반도체 공정을 이용해 직경 50㎚, 높이 300㎚ 나노바늘이 500㎚ 간격으로 배열된 나노지압패치를 제작했다. 정렬된 나노바늘은 줄기세포 표면에 자극을 줄 수 있고 줄기세포의 기능에도 영향을 미친다.

나노바늘구조 지압패치 제작 과정과 전자현미경 사진. 연구팀은 줄기세포에 적당한 나노구조 자극을 주기 위해 반도체공정 기법을 이용해 나노바늘 구조를 제작했다. 약 50㎚의 직경에 300㎚의 높이를 가진 나노바늘구조를 다양한 간격 (500㎚, 1㎛, 4㎛)으로 배열됐다. <사진=연구재단 제공>나노바늘구조 지압패치 제작 과정과 전자현미경 사진. 연구팀은 줄기세포에 적당한 나노구조 자극을 주기 위해 반도체공정 기법을 이용해 나노바늘 구조를 제작했다. 약 50㎚의 직경에 300㎚의 높이를 가진 나노바늘구조를 다양한 간격 (500㎚, 1㎛, 4㎛)으로 배열됐다. <사진=연구재단 제공>

연구팀은 하이드로젤 소재의 나노바늘 구조체에 줄기세포를 배양했다. 그 결과 성장인자 분비가 촉진되고 뼈·연골·지방 등 특정 세포로 분화가 활발해졌다. 나노바늘의 자극으로 조직이 살아났다.

동물 실험도 같은 결과를 보였다. 두개골이 손상된 쥐에 줄기세포가 배양된 나노지압패치를 넣고 2주가 지나자 골조직이 재생됐다.

의료기기 삽입 시에 문제가 될 수 있는 박테리아의 바이오필름 형성을 억제할 실마리도 찾았다. 바이오필름은 세균이 응집해 덩어리를 이룬 물질이다. 막이 형성된 세균은 일반 세균보다 항생제 내성이 10배 이상 높아 치료가 어렵다.

나노바늘 구조가 상대적으로 큰 줄기세포에 적당한 자극을 주면 작은 박테리아의 막에 손상을 줘 바이오필름 형성이 억제됐다.  

연구팀은 나노바늘이 실용화되면 차세대 임플란트 등 의료기기, 줄기세포 기반 바이오의약품, 조직재생 치료제 등에 활용될 것으로 내다봤다.

김장호 교수는 "나노구조체를 이용한 약물전달 플랫폼의 가능성도 확인했다"며 "더 연구하면 아주 미세한 곳에도 약물을 전달하는 신개념 플랫폼 개발이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구 결과는 에이씨에스 나노(ACS NANO) 9월 13일 자에 실렸다.

나노바늘구조 자극을 받은 줄기세포와 박테리아의 전자현미경 사진. 나노바늘구조에 줄기세포와 박테리아를 배양했을 때 비교적 큰 줄기세포는 적당한 구조적 자극을 받는 반면 크기가 작은 박테리아는 세포막이 손상돼 죽었다. <사진=연구재단 제공>나노바늘구조 자극을 받은 줄기세포와 박테리아의 전자현미경 사진. 나노바늘구조에 줄기세포와 박테리아를 배양했을 때 비교적 큰 줄기세포는 적당한 구조적 자극을 받는 반면 크기가 작은 박테리아는 세포막이 손상돼 죽었다. <사진=연구재단 제공>
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