KIST-고려대, 얼려 굳힌 하이드로젤로 세포외 소포체 간편하게 분리한다

- 세포외 소포체를 손쉽게 분리해 정밀 의료·신약 개발 등 진단·치료 분야에 활용할 새 가능성 제시 -

 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 뇌융합연구단 강지윤 박사팀은 고려대학교(총장 김동원) 최낙원 교수, 봉기완 교수팀과 공동으로 다양한 생체액(biofluid)에서 별도의 전처리 없이 세포외 소포체(extracellular vesicle, EV)를 고효율로 분리할 수 있는 하이드로젤 기반 기술을 개발했다.

 최근 세포외 소포체의 진단·치료 분야 활용이 확대되면서, 이를 생체액으로부터 효율적으로 분리하는 기술의 필요성도 커지고 있다. 그러나 초원심분리(ultracentrifugation)와 같은 기존 방식은 고가의 장비와 복잡한 전처리, 낮은 처리량 등으로 인해 연구와 산업 현장에서의 적용에 한계가 있었다.

 이를 해결하기 위해 연구팀은 하이드로젤 재료를 얼린 뒤 빛을 비춰 굳히는 방식으로 기존에 만들 수 없었던 약 400 나노미터(nm) 크기의 미세 구멍 구조를 구현했다. 이 과정에서 형성된 하이드로젤은 그물처럼 얽힌 3차원 다공성 구조를 이루며, 투과된 세포외 소포체를 효율적이면서도 선택적으로 포집할 수 있음을 확인했다.

 이 하이드로젤을 이용하면 고가의 장비나 복잡한 과정 없이도 혈액, 소변, 침, 우유, 세포 배양액, 위암 환자 복수 등 다양한 생체액에서 세포외 소포체를 빠르고 간편하게 분리할 수 있게 된다. 이번 기술은 암, 신경퇴행성 질환, 대사 질환 등 다양한 질병의 조기 진단과 맞춤형 치료에 활용될 수 있는 기반을 제공한다. 이를 통해 정밀 의료와 신약 개발, 체외 진단 등 고부가가치 바이오산업 발전에도 기여할 전망이다.

 KIST 강지윤 박사는 “이번 연구는 기존 세포외 소포체 분리 방식의 주요 한계를 극복하여 효율성, 접근성, 대량 처리, 사용자 맞춤 등 다양한 측면에서 강점이 있음을 입증했다”라고 밝혔다.

 이어 고려대 최낙원 교수와 봉기완 교수는 “향후 연구자 또는 산업체가 복잡한 장비나 교육 없이 간단한 공정만으로 고순도의 세포외 소포체를 확보할 수 있으며, 이를 바탕으로 다양한 고부가가치 바이오산업의 실용적 기반을 제공할 것으로 기대한다”라고 말했다.

 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 배경훈)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 KIST-KU School 운영사업, 중견연구(RS-2024-00347828), 바이오·의료기술개발사업(RS-2023-00222838) 선도연구센터(ERC)(RS-2025-02263336) 등의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 나노기술 분야의 국제 저명 학술지 「Nature Nanotechnology」 (IF 35.1, JCR 분야 1.6%)에 온라인 게재됐다.

* 논문명 : Meso-macroporous hydrogel for direct litre-scale isolation of extracellular vesicles

[그림 1] 하이드로젤 기반 세포외 소포체 분리와 동결-광가교를 통한 메조-매크로다공성 하이드로젤 제작

(위) 다공성 하이드로젤로 세포외 소포체를 손쉽게 분리하여 진단, 치료 분야에 응용하는 모식도

(아래) 동결-광가교 과정을 거쳐 만드는 400 나노미터(nm) 정도의 기공을 가진 하이드로젤 입자

[그림 2] 하이드로젤 입자를 이용한 대량의 생체액에 포함된 세포외 소포체의 직접 분리

[그림 3] 하이드로젤로 분리한 세포외 소포체의 치료(미용) 효과 확인

[그림 4] 하이드로젤로 분리한 세포외 소포체를 이용한 질병(전립선 암) 진단 효과 확인

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