임플란트 소재 표면에서 세포의 부착과 분화 제어 가능해
한국연구재단은 고려대학교 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체 내 나노코딩 제어 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.
줄기세포는 상대적으로 미분화된 세포로, 주변 환경에 따라 특정 세포로의 분화가 가능하기에, 생체 재생, 인공 장기 형성, 세포 치료 등 환자 맞춤형 치료를 위한 핵심 세포로 각광받고 있다.
그러나 체내에서 줄기세포의 부착에 대한 조절 뿐만 아니라 분화에 대한 조절이 원활하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 가운데 연구팀이 나노틀과 펄스전기도금을 이용하여 제작된 철-금 다층 구조 나노선(나노바코드)을 활용해 임플란트 소재 표면 위에서 리간드의 주기성과 배열순서를 정밀하게 제어할 수 있는 나노 코딩을 통한 줄기세포의 부착 및 분화의 조절이 가능한 시스템을 개발한 것이다.
펄스전기도금은 각 금속이온의 환원전위에 따라 서로 다른 크기의 전류 혹은 전압을 도금용액에 인가하여 특정 금속 이온만의 환원을 유도하는 나노소재 합성 방식이다.
RGD 리간드는 세포 부착을 매개하게 하는 세포외 기질(Extracellular Matrix)의 단백질 중 파이브로넥틴의 아미노산 서열로, 세포막에 존재하는 수용체 인테그린(integrin)은 RGD 리간드를 인지하고 세포가 부착되도록 한다.
나노바코드는 철, 금 같은 이종의 금속이 교대로 대나무처럼 마디를 형성하는 다층 구조 나노선을 이용하여, 각 마디의 주기성과 배열순서를 바꾸어 특성을 달리할 수 있는 나노구조이다.
구체적으로 나노바코드는 그 마디의 주기성과 배열 순서를 다르게 하여 다양한 표현형을 가지도록 유도됐으며, 나노리간드 주기성이 낮고 배열순서가 끝단에 위치할수록 줄기세포의 부착율과 골세포로의 분화율이 성공적으로 향상되는 것을 연구팀이 확인했다.
이에 대해 연구팀은 “나노바코드를 이용한 리간드 주기성과 배열순서의 정밀한 코딩 제어 시스템 개발로, 임플란트 소재의 생체 내 줄기세포의 제어 가능성을 검증한 데 의의가 있다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 신진 연구자 지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 Advanced Materials에 제 1 저자 민선홍 석박사통합과정생, 제 1저자 전유상 박사, 교신저자 김영근 교수, 교신저자 강희민 교수 순으로 8월 21일 게재됐다.
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| ▲생체내 나노코딩 제어 시스템의 모식도 (그림=한국연구재단 제공) |
한국연구재단은 고려대학교 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체 내 나노코딩 제어 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.
줄기세포는 상대적으로 미분화된 세포로, 주변 환경에 따라 특정 세포로의 분화가 가능하기에, 생체 재생, 인공 장기 형성, 세포 치료 등 환자 맞춤형 치료를 위한 핵심 세포로 각광받고 있다.
그러나 체내에서 줄기세포의 부착에 대한 조절 뿐만 아니라 분화에 대한 조절이 원활하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 가운데 연구팀이 나노틀과 펄스전기도금을 이용하여 제작된 철-금 다층 구조 나노선(나노바코드)을 활용해 임플란트 소재 표면 위에서 리간드의 주기성과 배열순서를 정밀하게 제어할 수 있는 나노 코딩을 통한 줄기세포의 부착 및 분화의 조절이 가능한 시스템을 개발한 것이다.
펄스전기도금은 각 금속이온의 환원전위에 따라 서로 다른 크기의 전류 혹은 전압을 도금용액에 인가하여 특정 금속 이온만의 환원을 유도하는 나노소재 합성 방식이다.
RGD 리간드는 세포 부착을 매개하게 하는 세포외 기질(Extracellular Matrix)의 단백질 중 파이브로넥틴의 아미노산 서열로, 세포막에 존재하는 수용체 인테그린(integrin)은 RGD 리간드를 인지하고 세포가 부착되도록 한다.
나노바코드는 철, 금 같은 이종의 금속이 교대로 대나무처럼 마디를 형성하는 다층 구조 나노선을 이용하여, 각 마디의 주기성과 배열순서를 바꾸어 특성을 달리할 수 있는 나노구조이다.
구체적으로 나노바코드는 그 마디의 주기성과 배열 순서를 다르게 하여 다양한 표현형을 가지도록 유도됐으며, 나노리간드 주기성이 낮고 배열순서가 끝단에 위치할수록 줄기세포의 부착율과 골세포로의 분화율이 성공적으로 향상되는 것을 연구팀이 확인했다.
이에 대해 연구팀은 “나노바코드를 이용한 리간드 주기성과 배열순서의 정밀한 코딩 제어 시스템 개발로, 임플란트 소재의 생체 내 줄기세포의 제어 가능성을 검증한 데 의의가 있다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 신진 연구자 지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 Advanced Materials에 제 1 저자 민선홍 석박사통합과정생, 제 1저자 전유상 박사, 교신저자 김영근 교수, 교신저자 강희민 교수 순으로 8월 21일 게재됐다.
메디컬투데이 손수경 (010tnrud@mdtoday.co.kr)
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