꽁꽁 언 세포 건강하게 복원..독성 적고, 효과적인 보존제 개발

GIST 연구팀, 나노 크기 입자 제작

기존 보존제 대비 2200분의 1 적은 양 써도 효과

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 꽁꽁 언 세포를 건강하게 복원할 수 있는 새로운 동결보존제를 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 이은지 신소재공학부 교수 연구팀이 세포를 얼리거나 녹일때 발생하는 결빙 현상을 효과적으로 제어할 수 있는 나노 크기의 금속유기골격체 입자를 개발했다고 20일 밝혔다.

이은지 광주과학기술원 교수(가운데)와 전나영 석사과정생(왼쪽), 최일형 석박통합과정생(오른쪽).(사진=광주과학기술원)

세포 동결 시 얼음 결정에 의한 세포의 손상을 최소화하기 위해 보존액을 사용해 보관하기 때문에 줄기세포, 제대혈, 생식세포, 세포치료제를 비롯해 장기 등 고부가가치 생체시료 동결 보존 기술에 대한 관심이 커지고 있다. 하지만 기존 동결보존제는 높은 농도에서 세포 독성이 있어 세포를 파괴하거나, 냉동·해동을 반복하게 되면 세포 복원 시 세포막을 손상이나 유전자 변형을 일으킬 수 있다.

연구팀이 개발한 동결보존제는 기존 보존제인 다이메틸설폭사이드 대비 2200분의 1 수준의 적은 양을 써도 그에 상응하는 평균 70%의 세포회수율과 세포 증식 효능(48시간 안에 4배)을 보였다.

연구팀은 얼음·물 계면의 불안정성 원리와 얼음 표면의 화학결합 자리에 주목해 보존제를 만들었다. 지르코늄 금속유기골격체 나노입자를 합성한뒤 결빙방지 단백질 유래 펩타이드를 나노입자 표면에 화학반응을 통해 결합시켜 세 종류(10/30/250nm)의 나노입자를 만들었다.

입자를 물에 넣은뒤 냉동·해동 시 얼음의 재결정현상을 관찰한 결과, 나노입자 표면에 규칙적으로 배열된 결빙방지 단백질 유래 펩타이드는 얼음 표면과의 견고한 화학결합을 유도해 물의 진입을 막았다. 작은 크기의 나노입자도 얼음·물 계면의 미세곡률을 늘려 어는 점은 낮추고, 얼음 성장을 억제했다.

이은지 교수는 “우수한 생체적합성을 담보로 대량생산이 가능해 경제적인 동결 나노보존제를 개발할 가능성을 제시했다”며 “높은 농도에서도 독성이 거의 없고, 극소량을 써도 기존 보존제와 비슷한 결과를 기대할 수 있어서 희귀 세포 보관, 장기 이식 등 관련 생물의학 분야에 파급효과를 가져올 것으로 기대한다”고 했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘미국 화학회(ACS)’가 발행하는 국제학술지 ‘미국화학회 골드지(JACS Au)’ 표지논문으로 지난 달 23일 온라인으로 게재됐다.

‘미국화학회 골드지’ 논문 표지.(자료=광주과학기술원)