최낙원 고려대 의대 융합의학교실, 봉기완 공대 화공생명공학과 교수팀은 강지윤 한국과학기술연구원(KIST) 박사와 공동으로, 다양한 생체액(biofluid)에서 별도의 전처리 없이 세포외 소포체(extracellular vesicle, EV)를 고효율로 분리할 수 있는 하이드로젤 기반 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

세포외 소포체(EV)는 세포 간 신호전달과 다양한 생체지표 전달 기능을 지니고 있어 암, 신경질환, 대사질환 등 주요 질병의 진단 바이오마커와 치료제 또는 치료 전달체로 활용되고 있다.

최근 세포외 소포체가 진단·치료 분야에 활용이 확대되면서, 이를 생체액으로부터 효율적으로 분리하는 기술의 필요성도 커지고 있다. 그러나 초원심분리(ultracentrifugation)와 같은 기존 방식은 고가의 장비와 복잡한 전처리, 낮은 처리량 등으로 연구와 산업 현장 적용에 한계가 있었다. 초원심분리는 초고속으로 회전시켜 원심력으로 세포외 소포체를 분리하는 방법이다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 하이드로젤 재료를 얼린 뒤 빛을 비춰 굳히는 방식으로, 기존에 만들 수 없었던, 약 400나노미터(nm) 크기의 미세 구멍 구조를 구현했다. 이 과정에서 형성된 하이드로젤은 그물처럼 얽힌 3차원 다공성 구조를 가져, 투과한 세포외 소포체를 효율적으로 선택적 포집할 수 있음을 확인했다.

이 하이드로젤을 이용하면 고가의 장비나 복잡한 과정 없이도 혈액, 소변, 침, 우유, 세포 배양액, 위암 환자 복수 등 다양한 생체액에서 세포외 소포체를 빠르고 간편하게 분리할 수 있게 된다. 이번 기술은 암, 신경퇴행성질환, 대사질환 등 다양한 질병의 조기 진단과 맞춤 치료에 활용될 수 있는 기반을 제공한다. 이를 통해 정밀의료와 신약개발, 체외 단 등 고부가가치 바이오산업 발전에도 기여할 전망이다. 김준범 미국 미시건대 김준범 박사후 연구원(제1저자, 왼쪽부터), 최낙원 고려대 의대 융합의학교실 교수(공동교신저자), 봉기완 고려대 공대 화공생명공학과 교수(공동교신저자), 강지윤 KIST 뇌융합연구단 박사(공동교신저자)

최낙원 교수는 “연구자 또는 산업체가 복잡한 장비나 교육 없이 간단한 공정만으로 고순도의 세포외 소포체를 확보할 수 있게 됐다”며 “이를 바탕으로 다양한 고부가가치 바이오산업의 실용적 기반을 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.

강지윤 박사는 “이번 연구는 기존 세포외 소포체 분리 방식의 주요 한계를 극복하여 효율성, 접근성, 대량 처리, 사용자 맞춤 등 다양한 측면에서 강점을 갖고 있음을 입증했다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 나노기술 분야 국제 저명 학술지 ‘Nature Nanotechnology’(IF=35.1, JCR 분야 상위 1.6%) 온라인에 ‘Meso-macroporous hydrogel for direct litre-scale isolation of extracellular vesicles’라는 논문으로 지난 9월 24일 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 바이오·의료기술개발사업, 중견연구, 선도연구센터(ERC), KIST 주요사업, KIST-KU School 운영사업 등의 지원을 받아 수행됐다.