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장기적으로 신경세포 배양할 수 있는 고분자 박막 소재 제작 성공해
신경세포를 배양하는 배지에 아세틸콜린 유도체가 포함된 고분자 박막을 올려 신경세포를 지속적으로 자극해 세포의 활성 유지
[431호] 2017년 03월 14일 (화) 김승후 기자 mind9063@kaist.ac.kr

  생명과학과 전상용 교수와 생명화학공학과 임성갑 교수 공동 연구팀이 신경세포를 장기적, 안정적으로 배양할 수 있는 아세틸콜린* 유사 고분자 박막 소재를 개발했다. 유승윤 학부생을 포함해 백지응 박사과정, 최민석 박사가 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 나노분야 학술지 <에이씨에스 나노(ACS Nano)>에 10월 28일 자 온라인판에 게재됐다.

신경세포, 오랜 시간 배양하기 어려워

  알츠하이머나 파킨슨병을 연구 하고 질병 모델을 만들기 위해서는 신경세포를 오랜 시간 배양하는 것이 필수적이다. 신경세포를 다양한 칩 위에 올려서 바이오센서를 만드는 등 신경세포는 다양한 분야의 연구에 사용된다. 하지만 기존의 신경세포들은 체내 환경이 아닌 신체 외부의 환경에서는 3주에서 4주 정도가 지나면 죽어버려 더 이상 연구를 진행할 수 없었다.

안정적인 배양 힘든 기존의 PLL 방식

  기존에는 체외 환경에서 신경세포의 활성을 오랫동안 유지하기 위해 특정 수용성 고분자(PLL)를 배양접시 위에 코팅하는 방법을 통해 신경세포를 배양했다. 이 배양접시에서는 신경전달물질인 아세틸콜린 모방물질이 만들어져서 신경세포를 자극한다. 그러나 이 방법은 장기적, 안정적인 세포 배양을 할 수 없으므로 새로운 배양 방식이 필요하다.

아세틸콜린 유도체로 세포 자극시켜

  연구팀은 세포를 배양하는 기판의 표면에 수십 nm의 고분자 박막을 올렸다. 연구팀은 고분자 박막 합성을 위해 개시제**를 이용한 화학 기상 증착법(ICVD : initiated chemical vapor deposition)을 이용했다. 개시제를 이용한 화학 기상 증착법은 기체 상태의 반응물을 이용해 고분자를 박막 형태로 합성하는 방법으로, 기존 세포 배양 기판 위에 더욱 손쉽게 얇고 안정적인 박막을 만들 수 있다.

  연구팀은 신경세포를 오래 살리기 위해 고분자 박막에서 신경성장인자(BDNF: Brain-derived ne-urotrophic factor)라는 신경세포의 생존에 도움을 주는 물질을 생성하도록 했다. 또 이 고분자 박막에는 아세틸콜린의 유도체가 있어서 아세틸콜린이 계속해서 만들어진다. 만들어진 아세틸콜린은 지속해서 신경세포를 자극하고 오랫동안 살 수 있도록 한다. 연구팀은 아세틸콜린 유도체의 농도를 0%에서 100%까지 다양한 환경에서 신경세포를 배양했다. 수차례의 실험을 통해 그중 가장 신경세포의 활성이 뛰어난 최적의 환경을 찾아냈다.

전기생리학적 방법으로 활성 확인

  연구팀은 전기생리학적(electro-physiology) 방법으로 신경세포의 신호 전달과 활성 정도를 진단했다. 신경세포에 전기 자극이 주어지면 신호 전달을 위해 전기 신호를 만들어낸다. 이 신호의 정도를 확인해 신경세포의 활성을 확인했다. 기존의 방식으로 배양한 신경세포가 활성을 오래 유지하지 못하고 죽어버린 것과 달리 연구팀이 개발한 배지에서는 석 달 이상 전기 신호를 만들어 내며 세포 활성이 유지되는 것을 실험적으로 확인했다.
전 교수는 “신경세포를 장기적으로 배양할 수 있는 이 기술은 향후 신경세포를 이용한 바이오센서제작과 다양한 신경 질병 모델을 만드는 데 사용될 수 있다”라고 연구의 의의를 전했다.

   

▲ pGD3와 PLL위의 신경 세포 활성도의 차이 - 전상용 교수 제공

(a) pGD3에서의 표면과 기존의 폴리라이산(PLL) 배지 위에서 배양된 신경세포 (b) pGD3 배지 위의 신경세포 확대 사진

아세틸콜린*
  콜린과 아세트산의 에스테르로 처음으로 발견된 신경전달물질

개시제**
  연쇄반응을 개시시키기 위해 사용되는 물질

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