POSTECH 김동성 교수 연구팀, ‘3차원 세포 스페로이드 배양 플랫폼’ 개발

균일·안정적 배양... 생존력·기능 향상된 스페로이드 ‘기대’

포항공과대학(POSTECH) 연구팀이 인체 장기의 기능과 구조가 유사한 3차원 세포 응집체를 장기간 균일하고 안정적으로 배양할 수 있는 ‘고기능성 3차원 스페로이드 배양 플랫폼’을 개발했다.

14일 포항공대에 따르면 김동성 교수(기계공학), 김도희(통합과정)씨, 이성진씨 등 연구팀은 생존 능력과 기능성이 향상된 스페로이드를 균일하고 안정적으로 만들 수 있을 뿐 아니라 장기간 배양까지 가능한 물질투과성 나노섬유 마이크로웰 어레이를 개발했다.

▲POSTECH 김동성 교수 연구팀이 '3차원 세포 스페로이드 배양 플랫폼 개발' 소감을 전하며 기념사진을 찍고 있다. (사진 왼쪽부터 이성진 씨, 김도희 씨, 김동성 교수) ⓒPOSTECH

특히 연구성과는 최근 국제학술지 ‘바이오패브리케이션(Biofabrication)’에 게재됐고 ‘3차원 세포 스페로이드’는 2차원 세포 모델에 비해 생체 장기와 유사한 구조 및 기능을 보유하고 있어 조직 공학, 암 연구, 약물 개발, 정밀의료 등 다양한 연구 분야에서 활용되고 있다.

아울러 그간 대표적인 스페로이드 배양 플랫폼으로는 하이드로젤 지지체와 마이크로웰 어레이가 사용돼 왔다. 하이드로젤 지지체는 장기간 스페로이드 배양이 가능하지만 스페로이드 간 균일성이 떨어지는 단점이 있다. 반면, 마이크로웰 어레이는 균일한 스페로이드 배양이 가능하지만 플랫폼의 비투과성으로 인해 스페로이드에게 필요한 영양분을 공급하거나 스페로이드의 대사 산물들을 효과적으로 배출하기 어려워 장기간 스페로이드 배양이 어렵다는 한계가 지적되고 있다.

김 교수 연구팀은 기존 스페로이드 배양 플랫폼의 한계를 극복하고자 전기방사법으로 제작된 나노섬유 멤브레인을 3차원으로 가공할 수 있는 나노성형 공정을 새로이 개발하고 기술을 기반으로 크기, 종횡비, 웰 밀도 제어가 가능한 타원형 구조의 나노섬유 마이크로웰 어레이를 제작함으로서 스페로이드들을 세포 손실 없이 균일하고 안정적인 방식으로 형성하는데 성공했다.

김동성 교수는 “이번에 개발한 물질투과성 나노섬유 마이크로웰 어레이를 활용하면 다수의 스페로이드들을 장기간 균일하고 안정적으로 배양할 수 있다”면서 “스페로이드 생존 능력 뿐 아니라 그 기능성을 향상시킬 수 있어 향후 고기능성 오가노이드 배양 연구에 활용이 가능 할 것으로 기대한다”고 개발 소감을 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 수행했다.