생체 내 줄기세포의 재생능력… 나노코일 시스템으로 제어 가능하다

생체 내·외에서 자기장으로 줄기세포의 재생능력을 제어할 수 있는 나노코일 시스템 개발

원하는 장기나 조직의 재생 등 다양한 재생의학에 응용될 수 있을 것

[ 위즈덤 아고라 / 임서연 기자 ] 강희민, 김영근 교수 공동 연구팀(고려대학교 신소재공학부)이 임플란트 소재 표면에서 실시간 원격제어로 생체 내 세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 자성 나노코일 시스템을 개발했다고 과학기술정보통신부는 밝혔다. 

줄기세포는 주변의 환경을 감지하여 분화자극이 가해지면 그에 상응하는 다양한 기관 조직 세포로 분화할 수 있다. 최근 재생의학 및 공학 분야에서 이러한 특성을 이용해 줄기세포가 많이 연구되고 있는데, 이번 연구로 생체 내 줄기세포 정밀제어 연구의 단초가 될 것으로 기대된다.

줄기세포의 재생능력을 효과적으로 제어하기 위한 방법으로는 생체 내에서의 리간드 제시를 이용한 기술들이 널리 이용되고 있었다. 하지만 기존의 마이크로 규모 인테그린 리간드 펩티드 (RGD)는 숙주 줄기 세포의 부착은 조절하지만 줄기세포의 분화를 조정하는데에는 한계가 있었다. 

연구팀은 전기도금 방법을 이용하여 코발트-철 합금 나노코일을 제조하였다. 나노코일 표면에 세포부착성 RGD 리간드를 코팅하여 생체 내·외에서 자기장으로 리간드의 간격을 원격, 실시간으로 조절할 수 있다.

나노코일은 약 70nm 두께의 나노선들이 외경 180nm, 총 길이 1μm로 꼬인 나선형 구조를 가지고 있다. 자기장으로 인해 최대 26%까지 늘어날 수 있으며, 자기장이 없을 때는 원래 상태로 수축하여 세포접착성 RGD 리간드의 간격을 실시간 원격, 가역적으로 제어할 수 있다. 또한 나노코일은 세포 내부로 빠져들거나 부러지지 않는 기계적 강도를 갖고 있으며, 생체 내에서도 가역적으로 신축할 수 있는 특성을 갖는다. 

실제 쥐에 이식한 후, 외부에서 자기장을 인가하여 생체 내 삽입된 나노코일을 늘어나게 한 경우 줄기세포의 부착을 자극하였고 줄기세포의 골분화도 촉진된 것을 확인했다. 또한, 나노코일의 RGD 제시 간격을 원하는 시점에 원격으로 조절하여 줄기세포의 세포 부착 및 분화 촉진의 정밀한 제어가 가능하다는 것도 확인하였다. 

<생체 내 나노코일 제어 시스템의 모식도 – 과학기술정보통신부 제공 >

나노코일 시스템은 줄기세포 뿐 아니라 대식세포, 암세포 등에도 응용이 가능할 것으로 예상되며 나노소재들을 활용한 바이오 메디컬 분야에 폭넓은 연구 가능성을 제시할 것으로 기대된다. 또 나노코일 구조는 자기장을 이용하여 치료 시점의 원격 제어가가 가능하기때문에 최근 중요한 이슈로 떠오르고 있는 맞춤형 환자 치료에 상용화 될 가능성이 있다.