줄기세포 고감도 영상으로 추적하는 기술 개발

2019.11.07 14:49
KIST, 동국대병원 공동연구팀이 개발한 줄기세포 추적 기술. 줄기세포에 복합조영제 나노입자를 표지해 고감도 형광과 자기공명영상 장치로 고감도 복합영상을 얻을 수 있다. KIST 제공
KIST, 동국대병원 공동연구팀이 개발한 줄기세포 추적 기술. 줄기세포에 복합조영제 나노입자를 표지해 고감도 형광과 자기공명영상 장치로 고감도 복합영상을 얻을 수 있다. KIST 제공

국내 연구팀이 생체 내 줄기세포의 변화를 정밀하고 안전하게 추적할 수 있는 기술을 개발했다. 

 

줄기세포는 근육과 뼈, 장기, 뇌 등 어떤 기관과 조직으로도 분화할 수 있다. 하지만 인체에 줄기세포를 이식했을 때 분화과정을 적절히 제어하기 어렵다는 한계점이 있었다. 이를 해결하려면 줄기세포의 생존과 이동, 분포를 정확하게 파악할 수 있는 방법을 알아야 한다.

 

한국과학기술연구원(KIST)은 생체 적합성이 높은 조영제 나노입자를 줄기세포에 결합시켜 장기간 형광 영상과 자기공명영상(MRI)의 복합 영상으로 볼 수 있는 기술을 개발, 동물실험모델에 적용하는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

 

기존에도 줄기세포 치료제에 표지를 달아 줄기세포가 어떻게 이동하고 분포하는지 영상화하는 기술은 있었다. 하지만 기존 기술은 조영제 또는 조영제를 포함한 나노입자를 줄기세포에 직접 표지하거나, 줄기세포의 유전자를 조작해 영상화가 가능하도록 만들어야 했다. 그만큼 줄기세포가 전분화능을 잃거나 체내에서 유해할 위험이 있었다.

 

김광명 KIST 의공학연구소 테라그노시스연구단 책임연구원과 김동억 동국대 일산병원 신경과 교수 공동연구팀은 생체에 무해하고 줄기세포의 전분화능에도 영향을 주지 않는 표지(화학수용체)를 만드는 한편, 이 표지와 특이적으로 결합해 줄기세포의 영상화를 극대화시켰다. 산화철 기반으로 복합조영제 나노입자를 개발해 줄기세포를 고감도로 추적할 수 있는 영상을 얻을 수 있었다.

 

연구팀은 이 기술을 뇌졸중 동물모델에 적용해 근적외선 형광영상과 MRI 영상으로 줄기세포를 14일간 안정적으로 관찰하는 실험에 성공했다. 줄기세포가 전분화능을 잃지 않고, 세포 독성 발현을 최소화시킨 덕분이다.

 

김광명 책임연구원은 “이번에 개발한 기술을 활용하면 뇌에 이식한 줄기세포의 치료 효과를 고감도 복합영상으로 장기간 추적할 수 있다”며 “향후 뇌질환용 줄기세포 치료제를 개발하거나 그 효능을 예측하는 등 폭넓게 쓰일 것”이라고 기대했다. 이 연구결과는 국제학술지 ‘ACS 나노’ 10월 13일자에 실렸다.

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