"손상된 조직 재생 나노 멀티스케일 지지체 개발"
"손상된 조직 재생 나노 멀티스케일 지지체 개발"
"복잡하게 얽힌 세포 바깥 환경 정밀하게 모사하는 데 성공"

"쥐 모델에서 효능 확인 ... 힘줄 및 섬유 연골 조직 재생 향상"
  • 박민주
  • admin@hkn24.com
  • 승인 2021.10.14 12:00
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(왼쪽부터) 전남대학교 김장호 교수와 전남대학교병원 김명선 교수 [사진=한국연구재단 제공]
(왼쪽부터) 전남대학교 김장호 교수와 전남대학교병원 김명선 교수 [사진=한국연구재단 제공]

[헬스코리아뉴스 / 박민주] 국내 연구팀이 복잡한 나노 매트릭스 구조로 얽힌 세포 바깥 환경을 정밀하게 모사하는 데 성공, 조직재생 촉진에 기여하는 지지체를 개발했다. 

전남대학교 김장호 교수와 전남대학교병원 김명선 교수 연구팀은 14일 손상된 조직의 재생을 위한 나노 멀티스케일 지지체를 개발했다고 밝혔다. 

손상된 조직과 장기의 재생을 돕기 위한 생체 내 삽입용 지지체의 개발을 위해 다양한 시도가 이뤄지고 있다. 하지만 세포 주변에 위치한 복잡한 나노 크기의 멀티스케일 미세구조를 유사하게 구현하는 데에는 한계가 있었다. 

이에 연구팀은 일렬로 정렬된 홈과 마루를 갖는 형태의 나노구조에 나노 기공들을 형성시켜 계층적 지지체를 개발하고자 했다. 생체적합성을 고려해 생분해성 폴리머를 기반으로 리소그래피와 산소 플라즈마 기술을 이용, 일렬로 정렬된 형태의 나노 패턴과 다양한 나노 크기의 기공을 만들었다. 

산소 플라즈마에 의해 만들어진 계층적 구조들이 친수성을 가지면서 세포와의 친화성이 높아진 결과, 이 지지체에 세포를 배양할 경우 세포의 부착과 증식, 분화가 촉진되는 것으로 나타났다. 분화란 한 세포가 다른 특징을 갖는 세포로 변화하는 과정을 말한다. 세포가 분열 증식해 성장하는 동안 구조나 기능이 특수화된다. 

나아가 연구팀은 쥐 모델을 이용해 지지체의 조직재생 효능을 확인했다. 회전근개 힘줄이 손상된 쥐 모델의 조직 위에 지지체를 삽입,  4주 후에 힘줄 및 섬유 연골 조직 재생이 향상되는 것을 확인했다. 또한 두개골이 손상된 쥐 모델의 뼈 조직 위에 지지체를 삽입하자, 3주 및 6주 후에 두개골 조직의 재생이 향상됐다. 

연구팀은 "힘줄조직(연조직) 및 골조직(경조직) 재생촉진의 실마리를 보여준 이번 연구 결과가 향후 임플란트나 이식재, 조직재생 치료제, 줄기세포 기반 바이오 의약품 연구 등에 기여할 것으로 기대한다"며 "현재는 지지체를 동물모델에 삽입해 얻은 전임상 결과로, 실제 임상 적용을 위해서는 대량생산 공정구축과 임상시험을 통해 조직재생 효능을 검증하는 것이 추가로 필요하다"고 말했다.

이번 연구 결과는 재생의학 분야 국제학술지 '엔피제이 리제너레이티브 메디신(npj Regenerative Medicine)'에 지난달 9일 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 

 

나노 멀티스케일 지지체 제작과정 및 전자현미경 이미지세포의 주변 미세환경인 세포외기질의 계층적 나노구조를 모사하기 위해 리소그래피와 플라즈마 기술을 융합, 나노 멀티스케일 지지체를 개발했다. 제작된 나노 멀티스케일 지지체의 표면은 정렬된 나노구조에 산소가스 플라즈마 에칭에 의해 나노기공이 형성돼 계층적이며 멀티스케일 나노구조 형태로 제작됐다.그림설명 및 그림제공 : 전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수
나노 멀티스케일 지지체 제작과정 및 전자현미경 이미지
세포의 주변 미세환경인 세포외기질의 계층적 나노구조를 모사하기 위해 리소그래피와 플라즈마 기술을 융합, 나노 멀티스케일 지지체를 개발했다. 제작된 나노 멀티스케일 지지체의 표면은 정렬된 나노구조에 산소가스 플라즈마 에칭에 의해 나노기공이 형성돼 계층적이며 멀티스케일 나노구조 형태로 제작됐다.
[그림 제공 및 설명=전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수]
나노 멀티스케일 지지체의 세포 접착 및 증식 촉진                   멀티스케일 나노구조에 따라 세포의 접착과 증식이 월등하게 향상됐다.그림설명 및 그림제공 : 전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수
나노 멀티스케일 지지체의 세포 접착 및 증식 촉진
멀티스케일 나노구조에 따라 세포의 접착과 증식이 월등하게 향상됐다.
[그림 제공 및 설명=전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수]
나노 멀티스케일 지지체에 대한 세포의 골 형성 미네랄 발현 촉진     멀티스케일 나노구조에 따라 세포의 분화(골분화)가 월등하게 향상됐다.그림설명 및 그림제공 : 전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수
나노 멀티스케일 지지체에 대한 세포의 골 형성 미네랄 발현 촉진
멀티스케일 나노구조에 따라 세포의 분화(골분화)가 월등하게 향상됐다.
[그림 제공 및 설명=전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수]
나노 멀티스케일 지지체의 힘줄 조직 재생 효능 평가쥐 모델의 손상된 회전 근개 힘줄 조직 위에 나노 멀티스케일 지지체를 삽입, 4주 후에 힘줄 및 섬유연골 조직의 재생을 확인했다. 나노 멀티스케일 지지체를 이용해 재생된 힘줄 및 섬유연골 조직은 본래의 힘줄 조직과 유사한 콜라겐 배열과 밀도로 재생된다는 것을 증명했다. 그림설명 및 그림제공 : 전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수
나노 멀티스케일 지지체의 힘줄 조직 재생 효능 평가
쥐 모델의 손상된 회전 근개 힘줄 조직 위에 나노 멀티스케일 지지체를 삽입, 4주 후에 힘줄 및 섬유연골 조직의 재생을 확인했다. 나노 멀티스케일 지지체를 이용해 재생된 힘줄 및 섬유연골 조직은 본래의 힘줄 조직과 유사한 콜라겐 배열과 밀도로 재생된다는 것을 증명했다. [그림 제공 및 설명=전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수]
나노 멀티스케일 지지체의 뼈 조직 재생 효능 평가쥐 모델의 손상된 두개골 조직 위에 나노 멀티스케일 지지체를 삽입하고 3주 및 6주 후에 두개골 조직의 재생을 확인했다. 나노 멀티스케일 지지체를 이용하여 재생된 뼈 조직은 대조군들에 비해 뼈 조직 형성이 촉진된다는 것을 확인할 수 있었다.그림설명 및 그림제공 : 전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수
나노 멀티스케일 지지체의 뼈 조직 재생 효능 평가
쥐 모델의 손상된 두개골 조직 위에 나노 멀티스케일 지지체를 삽입하고 3주 및 6주 후에 두개골 조직의 재생을 확인했다. 나노 멀티스케일 지지체를 이용하여 재생된 뼈 조직은 대조군들에 비해 뼈 조직 형성이 촉진된다는 것을 확인할 수 있었다.
[그림 제공 및 설명=전남대학교 김장호 교수, 전남대학교병원 김명선 교수]

 


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