세포에 '미세전류' 흘렸더니…엑소좀 생산량 200배 폭증

중국 연구진이 세포에 인체와 유사한 수준의 미세 전기 자극을 가해 엑소좀 등 작은세포외소포(sEV) 생산량을 최대 200배 이상 늘리는 기술을 개발했다. 이는 엑소좀 기반 치료제의 상용화 걸림돌이었던 대량생산 문제를 해결할 실마리가 될 전망이다.

6일 중국 생명과학 전문매체 바이오온에 따르면 항저우사범대학과 시후대학 공동 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제 학술지 '커뮤니케이션스 바이올로지'에 발표했다. sEV는 세포가 분비하는 나노 크기의 소포체로, 재생의학 분야의 핵심 물질로 주목받는다.

하지만 기존 세포 배양 방식으로는 sEV 분비 효율이 매우 낮아 상용화에 어려움이 있었다. 3차원 배양이나 화학적 유도 등 기존 증산 기술도 생산량을 3~20배 높이는 데 그쳐 대량생산 수요를 맞추기엔 역부족이었다.

연구팀은 인체 상처 치유 과정에서 발생하는 전기장과 유사한 200mV/mm 세기의 직류 전기장을 세포에 8시간 동안 가했다. 그 결과, 사람 피부각질세포(HaCaT)에서 세포당 sEV 분비량이 대조군 대비 138배 이상 폭증했다.

이러한 생산량 증대 효과는 다른 세포에서도 확인됐다. 인간 중간엽줄기세포(MSC)는 약 65배, 섬유육종세포(HT1080)는 무려 210배까지 생산량이 늘었다. 이는 기존 스트레스 유도 방식보다 월등히 높은 수치다.

연구 결과, 전기 자극은 세포 내 다포소체(MVB) 내부의 내강소포(ILV) 생성을 촉진하는 것으로 나타났다. 특히 이 과정은 지질 성분인 '세라마이드(ceramide)' 합성에 의존적이라는 사실을 규명했다. 전기장이 세포막의 지질을 재배열하고, 이것이 세라마이드 생성을 유도해 소포체 형성을 촉진하는 원리다.

연구팀은 세포 내부 환경을 제거한 거대형질막소포(GPMV) 실험을 통해 이를 증명했다. GPMV에 직류 전기장을 가하자 세포 내 신호전달 과정 없이도 세라마이드 의존적인 나노 소포가 생성됐다. 이는 전기장과 세포막의 물리적 상호작용만으로 소포체 생성이 가능함을 시사한다.

기능 분석 결과, 전기 자극으로 생산된 sEV는 기존 sEV와 동등한 생물학적 활성을 유지했다. 연구팀은 이 기술이 sEV의 '질'을 높이기보다 '양'을 획기적으로 늘려, 전체적인 치료 효능을 극대화하는 데 핵심 가치가 있다고 설명했다.

이번 연구는 유전자 편집이나 화학 시약 없이 물리적 자극만으로 sEV 생산 효율을 극대화하는 새로운 길을 열었다는 평가다. 연구팀은 향후 유전자 가위 기술을 통한 기전 검증과 동물실험을 통해 체내 효과를 확인할 계획이라고 밝혔다.