한국생산기술연구원(원장 이상목)은 인큐베이터 내 단순한 기계적 동작만으로 스스로 전기에너지를 생성하는 '통합형 전기자극 세포배양시스템(FESA)'을 개발했다고 3일 밝혔다.
김태희 섬유솔루션부문 수석연구원팀이 전북대 연구팀과 이룬 성과다.
세계적으로 체내 손상 연골조직 재생을 위한 연골세포 분화 연구가 활발하다. 연골세포 분화 촉진에는 주로 전기자극 방식이 사용되는데, 외부에서 전기에너지를 공급받을 때 온도 관리, 전기 안전, 미생물 세포오염, 복잡하고 큰 시스템 등이 문제가 된다.
개발 성과는 인큐베이터 내 탄소나노튜브(CNT) 실의 단순한 인장·수축만으로 전기에너지를 생성하는 '트위스트론 하베스터 기술'을 활용해 설계됐다.
CNT를 꼬아 코일 형태 트위스트론 실을 제작하고, 여기에 친수성 폴리도파민(PDA)을 코팅해 에너지 생성 효과를 높였다.
이어 CNT 시트에 전도성 고분자인 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜:PEDOT)를 코팅, 세포 접착에 적합한 친수성 표면과 전기 저항성이 낮은 전도성 지지체를 제조했다.
PDA 코팅 CNT 코일에서 생성된 전기에너지가 PEDOT 코팅된 CNT 시트로 전달돼 부착된 세포에 전기 자극을 주는 원리다.
이를 통해 스스로 전력을 만들어 세포를 배양하는 전기자극 시스템 개발에 성공했다. 세포에 전달되는 전기자극 범위도 넓어 연골세포 뿐 아니라 다양한 세포에 활용 가능하다.
개발된 FESA는 스스로 전기 에너지를 생성할 뿐 아니라 기존 세포배양 시스템보다 연골 세포 증식과 분화 촉진 효과도 크다.
연구팀은 FESA를 통해 전기자극을 받은 반월상 연골세포 세포성장률이 전기자극 없이 배양했을 때보다 증가한 것을 확인했다. 반월상 연골 주요 세포외기질인 1·2형 콜라겐, 글리코사미노글리칸(GAG) 함량도 늘어난 것으로 나타났다.
김태희 수석연구원은 “개발 세포배양시스템은 바이오 리액터 소형화를 통해 세포 배양 조건을 정밀 맞춤 제어할 수 있어 공간·비용 면에서 효율적”이라며 “넓은 범위 전기자극 제어가 가능해 신경재생 및 상처 치유, 근육 자극 및 재생 등에도 적용하기 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.
이번 성과는 3월 4일 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈' 온라인 판에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
