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'변화무쌍' 줄기세포, 복합영상으로 추적한다

KIST·동국대·일산병원 공동연구
줄기세포 치료제 개발 기대
KIST와 동국대, 일산병원 박사팀이 공동연구를 통해 신체 이식 줄기세포 추적 신개념 줄기세포 표지 및 영상화 기술 개발에 성공했다.<사진=KIST 제공>KIST와 동국대, 일산병원 박사팀이 공동연구를 통해 신체 이식 줄기세포 추적 신개념 줄기세포 표지 및 영상화 기술 개발에 성공했다.<사진=KIST 제공>
생체 내 줄기세포 변화상을 정밀하고 안전하게 추적해 줄기세포 치료제 개발에 기여할 수 있는 연구성과가 나왔다. 

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 김광명 테라그노시스연구단 박사팀이 인체에 이식한 줄기세포를 추적하는 신개념 줄기세포 표지 및 영상화 기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 연구성과는 동국대, 일산병원 박사팀과 공동연구 했으며, 재료 화학분야 학술지 'ACS Nano' 최신호에 게재됐다.

줄기세포는 이론상 근육, 뼈, 장기, 뇌 등 손상세포와 조직 재생이 가능한 것으로 알려졌다. 하지만 인체에 이식한 줄기세포의 분화 과정을 적절히 제어하기 어렵다는 점이 한계로 작용해왔다.

이를 해결하기 위해 줄기세포 생존과 이동, 분포 등을 정확히 관찰하는 표지(labeling) 및 영상화(imaging)기술이 주목받고 있지만 기존 기술은 조영제나 조영제가 함유된 나노입자를 줄기세포에 직접 표지하거나 유전자 조작을 통해 영상화가 가능한 세포로 전환해야한다는 단점이 있었다.

KIST 연구진은 이를 해결하기 위해 '당대사공학'과 '생물직 교성 무동 클릭화학'을 이용해 생체 적합성이 높고 줄기세포의 전분화능에도 영향을 주지 않는 신개념 표지기술을 개발했다. 

이를 통해 줄기세포 표면에 안전하게 표지할 수 있는 화학수용체를 만드는 한편, 이와 특이적으로 결합하는 산화철 기반의 복합조영제 나노입자를 개발해 줄기세포의 영상신호를 극대화하는 고감도 복합영상 획득에 성공했다. 

연구팀은 이 기술을 이용한 뇌졸중 동물모델 실험을 통해 근적외선 형광영상 및 MRI 영상을 통해 14일 간에 걸쳐 장기간 안정적으로 관찰할 수 있었다. 이는 새로 개발된 복합조영제 나노입자 및 줄기세포 표지기술이 줄기세포의 전분화능 손실과 세포 독성 발현을 최소화했기 때문에 가능한 것이다.   

김광명 박사는 "이번에 개발한 줄기세포 표지 및 추적기술은 뇌에 이식한 줄기세포의 치료 효과를 고감도 복합영상으로 장기간 추적할 수 있게 하는 기술"이라며 "향후 뇌 질환용 줄기세포 치료제 개발과 효능 예측에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다"고 말했다.
 
용어설명

당대사공학(metabolic glycoengineering) : 알킨, 티올, 아자이드 등 다양한 화학 반응기를 세포 표면의 당 단백질에 인공적으로 도입할 수 있는 기술. 세포에 존재하는 당 단백질 합성과정을 이용하기 때문에 세포 독성이 없고 표지 가능한 화학 반응기의 양을 인위적으로 조절할 수 있다.  

생물직교성 무동 클릭화학(Bioorthogonal copper-free click chemistry) : 아자이드와 알킨기가 구리 촉매 없이 특이적으로 결합되는 현상. 독성이 있는 구리 촉매를 사용하지 않기 때문에 세포나 생체 독성이 없고 기존 반응보다 반응속도가 빠르다.  
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