생체 內 나노코딩 제어 시스템 세계 최초 개발
정밀한 나노코딩 시스템 제어로 신개념 임플란트 소재 발전 기대

‘Advanced Materials' 표지 논문으로 게재돼

▲(왼쪽부터) 제 1저자 민선홍 석박사통합과정생, 제 1저자 전유상 박사,
교신저자 김영근 교수, 교신저자 강희민 교수

고려대학교 신소재공학부 강희민, 김영근 교수 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 줄기세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체 내 나노코딩 제어 시스템을 세계 최초로 개발하였다. 이 연구는 세계적인 국제학술지 ‘Advanced Materials (Impact Factor: 27.398)’ 8월 21일자 표지논문으로 게재되었다.

  * 논문명: Independent Tuning of Nano-Ligand Frequency and Sequences Regulates the Adhesion and Differentiation of Stem Cells
  * 저자정보 : 민선홍 석박사통합과정생(고려대, 제1저자), 전유상 박사(고려대, 제1저자), 김영근 신소재공학부 교수(고려대, 교신저자), 강희민 신소재공학부 교수(고려대, 교신저자)

▲ 표지논문으로 선정

줄기세포는 주변 환경을 감지하며 그 환경에 맞는 조직 세포로의 분화가 가능하다. 이런 특성을 이용하여 뼈, 지방, 근육, 심근, 혈관, 연골 등 다양한 기관 조직 세포로 분화를 유도할 수 있어 재생 의학 및 공학 분야에서 크게 주목받고 있다. 그러나 체내에서 줄기세포의 부착에 대한 조절뿐만 아니라 분화에 대한 조절이 원활하지 않다는 문제점이 있다.
 
신소재공학부 공동연구팀은 나노틀과 펄스전기도금을 이용하여 제작된 철-금 다층 구조 나노선(나노바코드)을 활용하여 임플란트 소재 표면 위에서 리간드의 주기성과 배열순서를 정밀하게 제어할 수 있는 나노 코딩을 통한 줄기세포의 부착 및 분화의 조절이 가능한 시스템을 세계 최초로 개발하였다.

▲생체 內 나노코딩 제어 시스템의 모식도

나노바코드는 그 마디의 주기성과 배열순서를 다르게 하여 다양한 표현형을 가지도록 유도되었고, 나노리간드 주기성이 낮고 배열순서가 끝단에 위치할수록 줄기세포의 부착율과 골세포로의 분화율이 성공적으로 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

이 논문의 교신저자인 신소재공학부 김영근 교수와 강희민 교수는 “나노바코드를 이용한 리간드 주기성과 배열순서의 정밀한 코딩 제어 시스템 개발로  임플란트 소재의 생체내 줄기세포의 제어 가능성을 검증함으로써 향후 환자 맞춤형 재생치료 및 면역치료 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부․ 한국연구재단 이공분야 기초연구지원사업(신진연구자 및 중견연구자)의 지원으로 수행되었다.

▲주기 및 배열순서 나노코딩에 따른 줄기세포 제어 시스템의 모식도

※ 용어 설명
  * 줄기세포: 줄기세포는 조직을 구성하는 다른 세포에 비하여 상대적으로 미분화된 세포로 주변 환경에 따라 특정 세포로의 분화가 가능하기 때문에, 생체 재생, 인공 장기 형성, 세포 치료 등 환자 맞춤형 치료를 위한 핵심 세포로 각광받고 있음
  * 나노바코드: 철, 금 같은 이종의 금속이 교대로 대나무처럼 마디를 형성하는 다층 구조 나노선을 이용하여, 각 마디의 주기성과 배열순서를 바꾸어 특성을 달리할 수 있는 나노구조
  * 펄스전기도금: 각 금속이온의 환원전위에 따라 서로 다른 크기의 전류 혹은 전압을 도금용액에 인가하여 특정 금속 이온만의 환원을 유도하는 나노소재 합성 방식
  * RGD 리간드: 세포 부착을 매개하게 하는 세포외 기질(Extracellular Matrix)의 단백질 중 파이브로넥틴의 아미노산 서열. 세포막에 존재하는 수용체 인테그린(integrin)은 RGD 리간드를 인지하고 세포가 부착되도록 함

커뮤니케이션팀 문석환(moonsky1@korea.ac.kr)