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국내 연구팀, 줄기세포 추적 영상화 기술 개발

무동 클릭화학(Bioorthogonal Copper-Free Click Chemistry) 이용

국내 연구팀, 줄기세포 추적 영상화 기술 개발
신개념 줄기세포 표지 기술의 모식도와 줄기세포 추적 영상 개념도

[산업일보]
줄기세포는 인체 내 다양한 조직 및 기관의 세포 기능을 재생할 수 있는 특성을 지니며, 암, 심혈관질환, 혈액질환, 뇌질환 등 다양한 난치성 질병 치료에 적용이 가능할 뿐만 아니라 신약개발 단계에서 약효를 검증 할 수 있어 최근 세포치료제 분야뿐만 아니라 신약개발 분야까지 매우 유용한 재료로서 연구되고 있다.

특히 줄기세포를 이용한 세포치료제 개발을 위해서는 줄기세포의 생존, 생체 내 분포 및 미세환경 내 줄기세포의 기능과 같은 일련의 정보를 정확하게 추적 하는 것이 성공적인 줄기세포 치료를 위해 필수적이다.

기존에 널리 사용되고 있는 직/간접적 줄기세포 표지 기술은 줄기세포의 형질을 전환시키거나 다양한 영상 조영제를 줄기세포에 직접 들어가게 하는 일련의 과정을 거치는데, 이때 줄기세포의 전분화능의 변화, 표지 효율의 저하 등의 잠재적 문제점이 남아 있어 이를 극복할 수 있는 새로운 줄기세포 표지 기술의 개발이 필요했다.

김광명 박사(한국과학기술연구원) 연구팀이 체내 이식한 줄기세포를 장기간 추적할 수 있는 새로운 줄기세포 표지(Labeling) 기술을 개발했다고 미래창조과학부는 밝혔다.

줄기세포는 여러 종류의 신체 조직으로 분화할 수 있는 능력을 가진 미분화세포이다. 줄기세포를 체내에 이식했을 때는 제대로 이식이 됐는지, 줄기세포가 살아있는지를 확인할 수 있어야 한다. 현재 널리 사용되고 있는 표지 기술은 줄기세포의 형질을 전환시키거나 다양한 영상 조영제를 줄기세포에 직접 들어가게 하는 일련의 과정을 거치는데, 이때 줄기세포의 전분화능의 손실, 표지 효율의 저하 등의 문제점이 있다.

연구팀은 당대사공학(metabolic glycoengineering)과 생물직교성 무동 클릭화학(bioorthogonal copper-free click chemistry)을 이용해 줄기세포 표면에 다양한 나노조영제로 표지 될 수 있는 화학수용체를 만들고, 이를 이용해 줄기세포의 추적 영상화 기술을 개발했다.

줄기세포 표면에 화학수용체를 만들기 위해, 아자이드(N3)기가 도입된 만노자민 유도체(Ac3ManNAz)를 인간 지방유래 중간엽 줄기세포 (adipose tissue-derived human mesenchymal stem cell)와 함께 배양한 후 당대사공학(metabolic glycoengineering)을 통해 줄기세포 표면에 화학수용체 (N3)를 발현 시켰다.

화학수용체와 생물직교성 무동 클릭화학(bioorthogonal copper-free click chemistry)으로 결합이 가능한 형광체 함유 글리콜 키토산 나노입자(BCN-CNP-Cy5.5), 산화철 나노입자 함유 글리콜 키토산 나노입자(BCN-CNP-IRON), 금 나노입자 함유 글리콜 키토산 나노입자(BCN-CNP-GOLD)를 이용해 줄기세포 표면에 근적외선 형광영상화, MRI, CT 영상이 가능한 다양한 조영제 나노입자를 표지 할 수 있었다.

연구팀은 실험용 쥐의 피하에 이식된 형광체 함유 글리콜 키토산 나노입자(BCN-CNP-Cy5.5), 산화철 나노입자 함유 글리콜 키토산 나노입자(BCN-CNP- IRON), 금 나노입자 함유 글리콜 키토산 나노입자(BCN-CNP-GOLD)로 표지된 줄기세포를 각각 근적외선 형광영상, MRI, CT 영상을 바탕으로 체내 추적 영상을 분석한 결과, 줄기세포의 추적 영상 감도가 뛰어날 뿐 아니라 동시에 15일 이상 추적 영상을 획득 가능한 것을 확인했다.

김광명 박사는 “이번 연구성과는 줄기세포 추적 영상화 기술과 다양한 줄기세포 치료제의 효능을 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.
강은영 기자 qboom@kidd.co.kr

반갑습니다. 산업부 강은영 기자입니다. 산업 관련 빅데이터(Big Data), 3D프린터, 웨어러블 기기, 가상현실(VR) 분야 등과 함께, ‘산업인 24시’, ‘동영상 뉴스’, ‘동영상 인터뷰’ 를 통해 여러분을 찾아뵙겠습니다.

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