KAIST, 동물 성분 없는 장 줄기세포 배양 기술 개발… 난치성 장 질환 치료 새 전기

무이종 배양 플랫폼으로 이동·재생 능력까지 향상… 임상·상용화 장벽 낮춰

난치성 장 질환 치료를 위한 줄기세포 기반 재생의학 연구에서 가장 큰 장벽 중 하나는 배양 과정의 안전성과 규제 문제였다. 지금까지 장 줄기세포는 동물 유래 성분에 의존해 배양되는 경우가 많아, 임상 적용 과정에서 안전성과 일관성 문제가 반복적으로 제기돼 왔다. KAIST 연구진이 이러한 한계를 근본적으로 해결할 수 있는 기술을 제시하며 재생의학 분야에 새로운 전환점을 마련했다. KAIST는 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 한국표준과학연구원(KRISS), 한국생명공학연구원(KRIBB)과의 공동 연구를 통해, 동물 유래 성분 없이 장 줄기세포를 안정적으로 배양하고 이동성과 재생 능력까지 향상시키는 고분자 기반 배양 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

이번에 개발된 기술은 ‘PLUS(Polymer-coated Ultra-stable Surface)’로 불리는 합성 고분자 배양 표면이다. 기존 장 줄기세포 배양에 널리 사용돼 온 쥐 섬유아세포나 매트리젤(Matrigel)과 같은 이종(xenogeneic) 물질을 완전히 배제한 것이 특징이다. 이를 통해 바이러스 감염 위험과 규제 부담을 동시에 줄이면서, 임상 적용 가능성을 크게 높였다. PLUS는 기상 증착 방식으로 코팅된 합성 고분자 표면으로, 표면 에너지와 화학 조성을 정밀하게 제어할 수 있다. 연구팀은 이 플랫폼이 장 줄기세포의 부착력과 대량 배양 효율을 크게 높일 뿐 아니라, 상온에서 3년 이상 보관 후에도 동일한 배양 성능을 유지한다는 점을 확인했다. 이는 줄기세포 치료제의 산업적 확장성과 유통 안정성 측면에서 중요한 의미를 갖는다.

연구팀은 단백체(Proteomics) 분석을 통해 PLUS 환경에서 배양된 장 줄기세포의 세포 골격 재구성 메커니즘도 규명했다. 액틴(Actin) 결합 단백질을 포함한 세포 골격 관련 단백질 발현이 증가하면서, 세포 내부 구조가 안정적으로 재편되고 이동을 위한 힘의 원천이 형성된다는 점을 확인했다. 실시간 관찰 결과, PLUS 위에서 배양된 장 줄기세포는 기존 배양 표면 대비 약 1.8~2배 빠른 이동 속도를 보였다. 손상 조직 모델에서는 일주일 이내에 절반에 가까운 조직이 회복되는 재생 성능도 관찰됐다. 이는 단순한 배양 효율 개선을 넘어, 실제 치료 효과와 직결되는 기능적 향상이라는 점에서 주목된다.

이번 연구는 인간 만능줄기세포(hPSC)로부터 유도된 장 줄기세포를 무이종 환경에서 안전하게 대량 배양할 수 있는 기술적 기반을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 줄기세포 치료제 상용화를 가로막아 온 안전성·규제·생산성 문제를 동시에 해결할 수 있는 원천기술로 평가되고 있다.

임성갑 KAIST 교수는 이번 성과가 줄기세포 치료제의 임상 적용을 제한해 온 이종 성분 의존성을 해소하고, 줄기세포의 이동성과 재생 능력을 극대화하는 합성 배양 플랫폼을 제시한 연구라고 설명했다. 그는 재생의학 분야 전반에서 임상 전환 속도를 앞당기는 계기가 될 것이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 최고 권위 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 온라인판에 게재되며, 국제 학계에서도 기술적 완성도를 인정받았다.

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