고려대 강희민 교수팀, 세계 최초로 세포외기질 동적 구조를 분자 수준에서 모사 … 줄기세포 정밀제어 기술 개발

고려대학교는 신소재공학부 강희민 교수 연구팀이 생체 조직의 기능과 재생을 조절하는 데 핵심적인 세포외기질(ECM)의 복합적이고 동적인 구조를 분자 수준에서 정밀 모사해 줄기세포의 움직임을 효과적으로 제어할 수 있는 시스템을 개발했다고 22일 밝혔다.

뇌, 피부, 뼈 등 다양한 생체 조직은 복잡하고 동적인 홈(groove)과 능선(ridge) 구조를 포함하며, 세포외기질 내의 세포 부착성 리간드(생체분자와 복합체를 형성하는 물질)들과의 상호작용을 통해 세포의 부착, 분화 등 주요 생물학적 거동을 조절한다.

기존 줄기세포 제어 연구는 세포외기질의 정적인 홈-능선 구조를 모사하는 데는 성공했으나, 분자 수준에 해당하는 수십 나노미터(1㎚=10억분의 1m) 수준에서 동적으로 홈-능선 상태를 전환할 수 있는 기술은 구현되지 못했다. 이 때문에 분자 수준의 세포–리간드 상호작용을 정밀히 규명하거나 이를 기반으로 한 조직 재생 응용 연구에 한계가 있었다.

연구팀은 수십㎚ 수준에서 홈 폭을 정밀하게 조절할 수 있는 비자성 나노소재를 제작하고, 표면에 세포 부착성 리간드(RGD)를 갖는 자성 나노입자를 고분자 링커를 통해 나노 홈 내부에 유연하게 결합함으로써, 외부 자기장 자극을 통해 원격으로 홈–능선 구조 상태를 동적으로 전환할 수 있는 시스템을 구현했다.

이 시스템은 분자 수준의 홈 폭 차이에 따라 줄기세포의 부착과 분화를 효과적으로 조절할 수 있었고, 자기장에 의해 자성 나노입자의 상하 위치를 조절함으로써 동적인 홈-능선 상태 전환이 가능했다. 이를 통해 세포 거동을 정밀하게 제어할 수 있었다. 생체 내 실험에서도 이런 조절 효과가 유효함을 입증했다.

강 교수는 "이번 연구는 세포외기질 구조를 모사해 줄기세포의 분자 수준 거동 메커니즘의 근본적 이해를 제시했다는 점에서 의미가 크다"며 "앞으로 다양한 세포 제어 기술과 정밀 의료 분야로 확장이 기대된다"고 말했다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야의 세계적 학술지 '첨단소재(Advanced Materials)'에 지난달 26일 자로 게재됐다. 강 교수가 교신저자, 홍현식·김다희 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 과기부 나노·소재 분야 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.