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3차원 세포배양 생산량을 60배로! 처리시간은 1/30로! 

- 글리콜 키토산 유도체를 이용한 세포 3D 스페로이드 형성법 개발 -

재생 의료나 하이브리드 인공장기 및 동물실험 대체에 이용 기대

보건복지부 지원으로 연구 수행, 국제 저명 학술지 ‘NPG Asia Materials’에 게재

보건복지부(장관 정진엽)는 안전성평가연구소와 충남대학교의 공동연구를 통해 3차원 스페로이드*의 대량 생산과 장기간 배양이 가능한 새로운 배양 플랫폼 개발에 성공하여, 그 결과를 국제 저명 학술저널 ”NPG Asia Materials“에 발표했다고 밝혔다.

* 스페로이드 (spheroid) : 다수의 단일 세포들이 모여 3차원 구(球) 형태를 이루는 세포 집합체

이번 연구는 보건복지부, 미래창조과학부, 농촌진흥청의 지원을 받아 안전성평가연구소 강선웅 박사팀과 충남대학교 허강무 교수팀의 공동 연구 하에 개발되었고, 9월 9일 NPG Asia Materials 온라인판에 게재되었다.

※ 게재 논문 정보
저널명 : NPG Asia Materials (IF 8.772)
논문명 : Bioinspired tuning of glycol chitosan for 3D cell culture
저자정보 : (제1저자) 조명옥 (안전성평가연구소, 충남대학교), Zhengzheng Li (충남대학교), 심혜은 (안전성평가연구소)
(교신저자) 강선웅(안전성평가연구소, 과학기술연합대학원대학교), 허강무(충남대학교)

연구팀은 글라이콜 키토산의 화학적 변형을 통해 세포 부착성이 없는 글리콜 키토산* 유도체를 합성하여 3D 스페로이드를 쉽고 간편하게 대량으로 생산 및 배양할 수 있는 플랫폼을 개발했다.

* 글리콜 키토산 (glycol chitosan) : 2-아미노-2-데옥시-D-글루코스가 베타-1,4 결합한 다당류로서 키틴을 탈아세틸화하여 제조된 키토산의 수용성 유도체

간편하게 3D 스페로이드를 생산하고 회수하기 위해 배양과정에서 배양기 표면과의 부착을 최소화해 세포 간 뭉침 현상을 극대화하는 온도감응형 하이드로젤을 개발하여 배양에 활용했으며,

이 배양 플랫폼은 상용화된 기존제품 대비 60배 이상의 스페로이드 생산이 가능하며 생산을 위한 전처리 시간도 1/30로 단축하여,

3D 스페로이드 배양을 요구하는 재생의료나 인공장기, 생체유용물질 생산, 생물 조직이나 기관·장기의 기능조사 및 탐색을 위한 모델, 신약 스크리닝, 내분비 교란 물질 등의 영향을 평가하는 동물 대체법 등 각 분야의 산업에 적용 가능하다는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 천연고분자인 글리콜 키토산에 아실화(acylation) 반응*을 통해 세포와의 부착력을 최소화하였다. 특히, 아실화된 글리콜 키토산 유도체 중 헥사노일 글리콜키토산(hexanoyl glycol chitosan; HGC)은 세포와의 부착력을 거의 보이지 않는 특성을 보였다.

* 아실화(acylation) : 유기 화합물에 아실기를 넣어서 치환하는 반응

또한 합성된 HGC는 상온에서는 졸(sol)* 상태, 세포배양 온도(37℃)에서는 겔(gel)* 상태로 온도에 따른 가역적인 졸-겔 전이가 가능했다.

* 졸(sol): 자유로운 흐름이 가능한 유동성을 보이는 고분자 수용액

* 겔(gel): 수용액상의 보분자가 화학적 또는 물리적 결합을 통해 유동성이 없는 고체의 특성을 갖는 3차원 망상구조체

온도감응성을 이용하여 상온에서는 액체로 코팅 및 기타 가공이 수월하며, 37℃의 세포배양 중에는 고체로 배양액 내에서 장기간 안정성을 보였다. 이는 스페로이드의 장기간 배양과 온도 변화를 이용한 회수가 용이하다는 장점이 있다.

연구를 이끈 강선웅 박사와 허강무 교수는 대량제조 및 장기간 배양이 어려웠던 고가의 기존의 배양법과 비교하여 “특별한 장비나 추가 공정 없이 스페로이드를 대량으로 장기간 배양할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것” 이라고 연구 성과의 의의를 밝혔다.

보건복지부 이동욱 보건산업정책국장은 “재생의료가 미래 의료의 새로운 패러다임으로 떠오르고 있는 가운데, 많은 사람들에게 합리적인 가격으로 치료제를 공급하기 위해서는 대량 생산 기술의 개발이 필수적”이라고 지적하며, “이러한 연구들이 더 많은 성과를 낼 수 있도록 적극 지원할 것”이라고 전했다.

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