초록 ▼

□ 최종목표
ㅇ 복합구배(나노구조구배-농도구배) 기술을 이용한 줄기세포 최적 배양 조건 초고속 자동 스크리닝 시스템 시제품 개발
ㅇ 인간성체줄기세포 증식/분화 조건 검색 및 최적 배양 시스템 시제품 개발
ㅇ 인간배아줄기세포 미분화유지/분화 조건 검색 및 최적 배양 시스템 시제품 개발

□ 개발내용 및 결과
ㅇ 조합희석-복합구배 일체형 세포배양 칩 개발
- 수용성 물질의 농도 구배 구현 시 다양한 화합물 즉 성장인자 및 저분자물질 등 3종 이상 화합물의 다양한 조합을 신속하고 정확하게 만들어 낼

□ 최종목표
ㅇ 복합구배(나노구조구배-농도구배) 기술을 이용한 줄기세포 최적 배양 조건 초고속 자동 스크리닝 시스템 시제품 개발
ㅇ 인간성체줄기세포 증식/분화 조건 검색 및 최적 배양 시스템 시제품 개발
ㅇ 인간배아줄기세포 미분화유지/분화 조건 검색 및 최적 배양 시스템 시제품 개발

□ 개발내용 및 결과
ㅇ 조합희석-복합구배 일체형 세포배양 칩 개발
- 수용성 물질의 농도 구배 구현 시 다양한 화합물 즉 성장인자 및 저분자물질 등 3종 이상 화합물의 다양한 조합을 신속하고 정확하게 만들어 낼 수 있는 조합 희석칩 개발
- 세포배양 표면의 나노구조 구배 (nanostructure-gradient)와 세포배양 용액 내 수용성 물질의 농도 구배 (concentration-gradient)를 동시에 구현할 수 있는 2차원 복합구배 칩 (2D complex gradient chip)을 일체화한 세포배양 칩을 개발
ㅇ 줄기세포 배양조건 초고속 자동 스크리닝 시스템 개발
- 2세부과제 및 3세부과제에서 개발될 줄기세포 특정반응 reporter system에 의한 세포 형광반응을 인식하고 복합구배 세포배양 칩의 칩별, 영역별 형광발광 세포 수를 계수할 수 있는 위한 세포자동인식 (비전시스템) 모듈 개발
- 세포배양 영역 스캐닝을 위한 광학시스템-스테이지 연동모듈이 장착된 초고속 자동 스크리닝 시스템을 개발
ㅇ 나노구조 배양표면 세포배양 용기
- 1세부과제에서 개발된 나노구조표면 제조기술 및 나노구조 구배 기술과 2세부과제에서 개발된 나노구조표면 양산기술을 융합하여 줄기세포의 최적배양 시스템용 나노구조 배양표면 세포 배양 용기를 개발
ㅇ 인간 성체 간엽줄기세포 최적 배양 시스템 개발
- Xeno-free 배양 시스템 시제품 제작 및 유효성 확인
- 나노구조 표면의 배양용기 + 배양액이 조합된 배양 시스템 개발
ㅇ 상업화를 위한 나노표면의 대량 생산, 대면적 나노표면 생산, 표면구조의 생화학적 개질 공정 개발
- 알루미늄 양극산화 공정을 통한 대면적의 나노 템플릿 생산
- 대량 생산을 위한 강도 보유한 금형 생산을 위한 전주도금 공정을 통한 나노 금형 제작
- 나노사출성형을 통한 대량 생산성 (시간당 35개) 확보
- 최종 <100nm 나노구조 가진 64cm2 면적의 배양용기 제작
ㅇ 인간 신경줄기세포의 증식/분화 조절 나노구조 표면 연구
- 신경줄기세포의 분화 모니터링 가능한 리포터 시스템 3종 제작
- 신경줄기세포 분화 억제 나노구조 표면 규명 (120nm column type : astrocyte, 240nm column type: neuron)
- 200nm pore type 나노구조 표면이 신경줄기세포의 증식 유지 및 미분화 유지함을 밝힘
ㅇ nanopore, nanopillar 구조가 구비된 배양용기에서 인간배아줄기세포의 미분화, 중배엽 분화, 내배엽 분화에 대한 최적 배양 용기 조건을 탐색
ㅇ 용액농도구배/복합구배 환경에서 중배엽 및 내배엽 분화에 최적화된 배양액 조성을 탐색
ㅇ 인간배아줄기세포의 최적 미분화 조건은 120nm pore 타입의 배양 용기 조건과 N2B27, bFGF 조건 확립, 중배엽 및 내배엽은 200nm pore 타입의 배양용기 조건과 2종 이상의 사이토카인 조합으로 최적 분화 조건 확립
ㅇ 상기 조건을 바탕으로 시제품을 제작하여 3개의 기관에 전분화능 줄기세포(iPSC, ESC)를 대상으로 평가를 진행

□ 기술개발 배경
ㅇ 세계 줄기세포 치료제의 시장규모가 2015년 약 600억 달러로, 18년 1200억 달러로 점차 증가할 것으로 전망됨. 이 중 약 15% 정도가 대량 생산 공정을 위한 자동 배양 시스템 혹은 고속 스크리닝 시스템 등을 포함하는 연구 서비스 분야에 해당됨. 향후 ‘치료제 중심’의 성장이 예상되며, 치료제의 산업화가 진행되면서 그것의 실용화를 위한 관련 기술들의 시장 역시 커질 것으로 예상
- 세계적으로 cell based high content screening market은 약 15%의 성장률을 보이며 2015년 현재 15억 달러 규모 정도의 시장까지 성장함. GE Healthcare, ThermoFisher, PerkinElmer 등이 주요 업체로 매출 전체의 50% 이상을 차지
ㅇ 줄기세포와 관련된 치료제 및 신약개발의 수요 증가와 관련한 산업 발전에 따른 연구가 활발히 진행되고 있어 해외제품 대체 및 시장 개척을 위한 기반기술 연구가 필요
ㅇ 나노/바이오 융합기술 개발을 통한 해당 분야 국내 연구 및 시장 경쟁력이 필요
ㅇ 1907년 최초의 세포배양 성공이후 연구 및 치료제 개발의 목적으로 다양한 세포들이 개발되어 배양되고 있으며 동시에 용기 및 배양액과 관찰방법 등이 동시에 발전
- 기존 상용 성체줄기세포 배양액의 경우 비싼 가격, coating 공정 별도 필요, 줄기세포 소스별 효능 차이 등 산업적인 대량 생산 적용에 어려움 존재
- 기존 나노구조 표면 제작 방법들은 나노구조 표면을 응용한 산업화, 상품화, 새로운 시장을 창출하기에는 대량생산 측면에서 고비용, 복잡성, 일회성의 한계 보유
ㅇ 1998년 및 2007년 전분화능 줄기세포 확립이 이루어져 많은 연구가 이루어지고 있으나 미분화/분화에 대한 많은 어려움이 존재
- 인간배아줄기세포의 치료제 개발, 재현성 있는 세포를 생산하기 위하여 동물유래 원료가 포함되지 않는 인간배아줄기세포의 미분화/분화 조건을 확립하는 것이 필요

□ 핵심개발 기술의 의의
ㅇ 융합기술(나노/바이오)을 통한 줄기세포 연구 한계 극복 가능
ㅇ 기존 줄기세포 배양 및 분석 방법 소요되는 시간 & 비용 절약
ㅇ 국내 기술을 집약하여 “줄기세포 초고속 자동 스크리닝 배양 시스템” 시제품 제작, 국내외 시장 진입
ㅇ 기존 상업 배양액들의 소스 별 효능 차이 및 가격적 한계를 자체 국내 기술 개발을 통해 해결
ㅇ 나노구조 표면의 산업적 상품화를 위해 대면적 나노 템플릿, 금형 및 나노 사출성형공정 최적화를 통해 기존 한계 극복 가능
ㅇ 나노구조를 활용한 신개념의 세포 시스템을 개발함으로써 새로운 응용 기술 영역을 개척
ㅇ 인간 성체/배아 줄기세포의 새로운 배양법을 확보

□ 적용 분야
ㅇ 줄기세포 R&D 분야(원천기술)
ㅇ 세포배양용기 제작, 생산 분야
ㅇ 세포 자동 배양 분야
ㅇ 줄기세포 치료제 분야
ㅇ 신약개발 분야
ㅇ 줄기세포 치료제 생산 공정 적용을 통한 생산 단가 절약 및 세포 효능 강화
ㅇ 나노기술을 응용한 표면환경 조절기술은 조직공학 분야의 scaffold 디자인 정보 제공 및 각종 인공장기의 생체적합성 향상에 기여
ㅇ 인간배아줄기세포 유래 분화유도용 배양용기, 배양액
ㅇ 인간배아줄기세포 미분화 유지용 배양시스템 및 분화 유도용 배양 시스템

(출처 : 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 13목차 ... 22제1장 서론 ... 23 제 1 절 과제의 개요 ... 23제2장 과제 수행의 내용 및 방법 ... 34 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 34 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 39 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 42 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 42제3장 결과 및 사업화 계획 ... 43 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 43 1. 연구개발 추진 일정 ... 43 2. 연구개발 추진 실적 ... 52 3. 총괄주관과제 운영 관리 실적 ... 71 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 76 1. 각 기관/기업 별 역할 ... 76 2. 연구개발 추진체계 ... 77 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 79 제 4 절 고용 창출 효과 ... 83 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 83끝페이지 ... 83