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5월 15일, 중국과학원 광주(广州) 생물의약 및 건강 연구원 (간략 광주 생물원)은 유도줄기세포를 전자동으로 배양하는 장비 제작 프르젝트 연구팀이 전자동 유도줄기세포 배양 장비가 순조롭게 검사를 통과했으며, 이것은 세계에서 최초로 자동, 대규모, 표준화 방식에 의해 줄기세포를 유도하고 대량으로 생산할 수 있는 시스템을 완성한 것이라고 발표했다. 이 장비는 전자동화, 표준화, 지능화하여 유도줄기세포를 생산하여 재생의학 분야와 관련 세포치료 분야에서 중요한 영향력을 미칠 것으로 예상된다. 인공 조작으로 인해 규범화나 표준화가 어려워서 줄기세포 발전에 장애가 되어 왔다. 줄기세포는 스스로 복제 능력을 가지며 여러 가지 세포로 분화할 수 있는 세포로, 특정조건에서 세포, 조직, 기관 등 몸의 일부분으로 재생될 수 있는 능력을 가져서, 의약계에서는 ldquo;만능세포 rdquo;라고 불린다. 줄기세포에 대한 연구는 기초 연구와 전화의약 (translational medicine) 분야에서 중요한 의의를 가지며, 재생의약, 질병 모델, 약물 스크리닝, 정밀의학 (precision medicine) 영역에서 넓은 응용 분야를 갖고 있다. 그러나, 보통 줄기세포의 양은 매우 적다. 따라서 줄기세포 연구는 줄기세포를 유도하여 여러 종류의 세포로 분화할 수 있도록 하는 연구 영역이 발전하게 되었고, 줄기세포의 종자 세포가 되는 문제를 해결하기 위해 시도하게 되었다. ldquo;과학자들은 사람의 체세포를 처리하여 일종의 새로운 줄기세포를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다 (2012년 노벨 생리의학상, 일본 교토대학 야마나까 신야 교수). 이러한 줄기세포를 유도만능줄기세포라고 부른다. 형태, 유전자, 단백질 발현, 유전자 표현형 상태, 세포 증식능력, 비정상적인 종양 생성능력, 분화능력 등이 모두 배아 줄기세포와 거의 유사하여 배아줄기세포를 완전히 대체할 수 있습니다. rdquo; 라고 광주 생물원의 연구원인 반광금(潘光锦)은 말한다. ldquo;현재 유도만능줄기세포는 관련된 의학 연구에서 핵심적인 도구가 되었고, 신약연구, 신경손상 회복, 심장 근육세포의 복구, 조직기관의 재생 및 이식 영역에서 사용되고 있습니다. ldquo;라고 말한다. 실험에서 필요로 하는 양만큼의 유도만능줄기세포를 얻기 위해서는 연구자들이 대량으로 세포를 배양하고 증식할 수 있어야 한다. 그러나 현재 줄기세포를 유도하고 배양하고 선별하는 과정이 사람에 의해서 진행되고 있기 때문에 여러 방면에서 부족하다. 반광금 은 말하기를 ldquo;세포의 운명을 변화시키거나 유도만능줄기세포를 클로닝하고 스크리닝 및 실시간으로 정량적으로 모니터링하는 법이 없기 때문에 줄기세포 유도과정의 표준화가 어렵습니다. 또 한편으로는 사람에 의해 조작하는 과정은 효율이 낮고, 비용이 높으며, 처리량이 작고 안전성 등의 문제가 존재합니다. rdquo; 따라서,어떻게 자동화와 표준화를 통해 줄기세포를 배양하고 증식하여 이와 같은 문제를 극복할 수 있는지가 유도만능줄기세포기술를 실제 응용 단계로 끌어 올기기 위해서 해결해야 할 장애물이 되어오고 있다. 이러한 배경 아래,중국 재정부가 지원하는 국가 중요 연구장비 연구 프로젝트가 ldquo;전자동 유도줄기세포 배양 장비 제작 rdquo;이라는 이름으로 2013년에 시작하여 광주생물원이 책임을 맡아 진행해 왔다. 프로젝트 연구팀은 혁신연구를 핵심으로 하여 원구원 내부의 세계를 선도하는 유도만능줄기세포기술을 이용하여 줄기세포 유도분화기술 연구성과와 함께 자동화 기술을 결합하여 4년의 시간에 걸쳐 8개의 핵심 기술을 개발하고 몇 가지의 혁신성 기술을 개발하여 국제적으로 최초로의 줄기세포 전자동 유도 배양장비를 개발하는데 성공하였다 광주 생물원의 연구원인 장효 (张骁)는 말하기를 ldquo;이러한 장비가 있게 되면, 유도만능줄기세포 분야에 종사하는 연구자들이 사람이 조작하여 줄기세포를 배양하는 것에 더 이상 매달리지 않고, 이 기계가 대신 유도만능줄기세포를 배양하게 됩니다. rdquo; 전과정을 실시간으로 모니터링함과 동시에 줄기세포 제조 성능을 높일 수 있다. 줄기세포 유도 전과정 자동화 설비는 25평방미터의 면적에서 자동화 배양시스템, 자동화 액체 처리 시스템, 온라인 모니터링시스템, 정밀클론 선별시스템, 배양 접시의 이동시스템, 자동 제어시스템 6개의 모듈로 구성되어 있다. 연구자들에 따르면 줄기세포의 배양 프로그램은 개별화된 매트릭스식 배양기로부터 시작하는데 각 배양기는 24개조의 개별적 유도만능줄기세포를 배양할 수 있다. 다시 자동 이동 팔이 b급 환경 아래에서 6-well 배양 plate를 배양기에서 조작 구역으로 이동시킨다. 그 후에 배양 plate를 영상 촬영 지역으로 집어넣는다. 이어서 1.2마이크로미터 분해능을 가진 현미경의 영상촬영시스템에서 촬영하여 이미지를 형성하는데 전과정이 10분을 초과하지 않는다. ldquo;독립 매트릭스식 배양기는 세포 배양에서 적당한 온도, 기체 환경을 제공하여 세포의 배양에 적합한 환경을 보장하고 동시에 세포간의 교차 오염이 일어나지 않도록 합니다. rdquo;라고 장효는 말한다. ldquo;사람이 세포를 배양하고, 전과정을 모니터링 하기는 어렵습니다. 이 장치는 자리를 지키지 않고서도, 핸드폰 앱을 통해 모니터링이 가능하며 실시간으로 액체를 옮기고 액을 바꿔주는 조작을 할 수 있습니다. 세포의 배양시간도 단축되고, 자동으로 세포의 성장 정보를 저장하고 세포의 성장 패턴을 예측하고 전자동으로 요구에 맞는 성숙한 유도만능줄기세포를 선별해 줄 수 있습니다. rdquo; 중국의 생명과학기기장비의 해외의존을 개선하는 기대 전자동 유도줄기세포 배양 설비는 만능줄기세포 유도하는 전과정으로터 출발하여, 전과정 자동화세포배양유도기술 시스템, 인공지능 기계학습을 이용하여 표지 없는 비파괴적인 분석 수단을 사용하며, 세포극성 변화를 기초로 하는 세포 운명 조절에 관한 Hidden Markov Model 수학모형을 세워서, 이론적 모델로부터 전체 기기의 제조에 이르기까지 줄기세포를 획득하는 과정에서 세포의 재프로그래밍을 지도하면서, 재프로그래밍된 만능줄기세포와 줄기세포을 얻을 수 있게 된다. 장효는 ldquo;이 자동화 지능기술은 매월 24명이 GMP급 시설에서 세포를 제조하는 정도의 양을 처리할 수 있으며, 중국의 생물선진제조 기술에 있어서 상류 단계의 세포를 얻을 수 있도록 해줍니다.라고 덧붙인다. 전자동 줄기세포 유도배양 설비는 기계학습과 인공지능에 의해서 계산된 판단에 의해서 재포의 재프로그램을 자동으로 유도하여, 전체기기 기술과 핵심알고리즘의 식별 응용기술이 국제적인 수준에 도달하였다. 광주생물원 배단경 (裴端卿)연구원은 설비의 성공적인 제작은 중국이 줄기세포 장비 분야에 있어서 자체 연구 개발에 있어서 큰 돌파구를 마련한 것이며 첨단 생명 과학기기장비의 해외의존도를 개선하였으며, 중국 내의 해당 영역의 여러 가지 공백을 채워주었다고 평가한다. 프로젝트 기술의 허가 담당 전문가는 이 프로젝트 연구 성과는 기초연구, 응용연구, 개발 연구 전과정의 생물기술 자체 혁신 시스템으로서, 이 영역에 있어서 전체를 함께 아우르면서 부분적으로는 세계를 선도하기 위해서 우선 시스템의 생물기술의 혁신 체계를 세우고, 핵심 기술의 어려운 점을 극복하는데 공헌했다고 밝혔다. 중국과학원 마이크로전자 연구소의 하양 (夏洋)연구원은 ldquo;이 설비가 성공적으로 개발됨에 따라 유도만능줄기세포가 재생의학에서 실제 응용될 수 있도록 하고, 중국이 줄기세포 장비 영역에서 독자적으로 연구 개발할 수 있게 되고, 줄기세포에 대한 기초연구와 줄기세포의 재생의학와 정밀의학에 응용하는 임상 연구를 촉진하게 되는 초석을 마련하게 되었다고 평가한다. 소식에 따르면 현재 각 병원에서 세포치료의 임상 응용을 위해서 줄기세포의 제조 장비가 매우 시급하게 요구되고 있으며, 전자동 줄기세포 유도장비는 각 연구 기관과 우수 병원의 연구센터에서 많이 팔리게 될 것이라고 한다. 해당 장비는, 사람에 의한 방해를 받지 않고, 여러 사람의 몫을 담당하면서 저비용, 고품질의 일체화된 줄기세포의 생산을 가능하게 하며 사회에 대한 영향력이 클 것이라고 한다. |
