[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 김장호 전남대 지역바이오시스템공학과 ·정훈의 UNIST(울산과학기술원) 기계항공 및 원자력공학과 교수 연구팀은 줄기세포의 기능을 촉진시킬 수 있는 나노바늘 구조형 생체소재 부품 기술을 개발해냈다고 14일 밝혔다.

연구결과(논문명 “Hydrogel Nanospike Patch as a Flexible Anti-Pathogenic Scaffold for Regulating Stem Cell Behavior”)는 미국화학회에서 발행하는 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS NANO)’에 지난달 13일 게재됐다.

연구팀은 하이드로젤 소재의 나노바늘 구조의 지지체에 줄기세포를 배양, 성장인자 분비를 촉진하고 뼈, 연골, 지방 등의 특정 세포로의 분화를 향상시켜 조직을 효과적으로 재생시킬 수 있음을 확인했다. 구체적으로 연구팀은 줄기세포에 적절한 구조적 자극을 전달할 수 있도록 반도체 공정을 이용해 직경 50nm(나노미터·1nm은 10억분의 1m), 높이 300nm의 나노바늘을 500nm 간격으로 배열해 나노지압패치를 제작했다.

나노바늘구조 지압패치의 효과 요약 : 개발된 나노바늘구조 지지체는 줄기세포에 적당한 구조적 자극을 제공함으로 특정 세포로의 분화를 촉진하며 다양한 분비물(성장인자) 배출을 돕는다. 반면에 박테리아의 세포막에 손상을 가해 박테리아 바이오필름을 억제시킬 수 있다. [자료=한국연구재단]

핵심은 정렬돼 있는 나노바늘이 줄기세포 부착 표면에 적당한 구조적 자극을 줄 수 있으며, 줄기세포의 다양한 기능에 영향을 미친다는 것이다. 특히 줄기세포의 연골, 지방, 골세포로의 분화가 촉진되며 성장인자 분비가 향상됐다.

실제 나노바늘구조 지압패치에 줄기세포를 배양하고 두개골 손상 쥐에 삽입하여 2주 후 관찰한 결과 골 조직 재생이 향상되는 것을 확인했다. 이식된 나노바늘구조 지압패치에 존재하는 줄기세포의 특정 골세포 분화 단백질의 생성이 촉진됐다.

또한 줄기세포 배양 및 의료기기 삽입 수술 시에 문제될 수 있는 박테리아의 바이오필름 형성을 억제할 실마리도 찾아냈다. 나노바늘구조가 상대적으로 큰 줄기세포에 적당한 자극을 주어 줄기세포 기능은 촉진시키면서 작은 박테리아의 막에는 손상을 주어 바이오필름 형성을 억제하는 것이다.

연구팀은 나노바늘구조가 줄기세포와 박테리아에 미치는 영향을 중점적으로 살펴본 이번 연구성과에 이어 이 나노구조체를 이용한 약물전달플랫폼 연구를 지속할 계획이다.

kimys@newspim.com