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배양세포
배양세포(培養細胞, Cultured Cell)는 동물, 식물 또는 미생물의 세포를 인공적인 환경에서 성장시키거나 증식시킨 세포를 의미한다. 이러한 세포는 실험실에서 생리적 조건을 모방하여 특정 연구 목적을 위해 배양된다. 배양 세포는 생물학, 의학, 약리학, 생명공학 등 다양한 연구 분야에서 중요한 도구로 사용된다. 특히, 세포 배양 기술은 약물 개발, 유전자 연구, 조직 재생, 그리고 질병 모델링 등에 필수적이다.
개요
배양세포는 실험실적으로 배양된 세포이다. 생체 내의 조직 세포와 구별하기 위해 사용하는 용어이다. 동식물체의 조직편을 배양하는 조직배양과 개개의 세포상태로 배양하는 세포배양은 널리 행해지고 있다. 배양세포는 흔히 생체 내의 조직세포와는 다른 성질을 나타낸다. 연구재료로서 오래 계대배양(繼代培養)되고 있는 것은 배양세포주(培養細胞株)라고 하며, 동물과 사람에게서 많이 알려져 있다. 쥐의 L 세포주는 1943년 미국의 아르가 섬유아 세포를 배양한 것에서 시작된다. 또 인체의 헬라세포(HeLa cell)주는 1953년 미국의 게이가 자궁경암 세포를 배양한 것에서 시작되었으며, 환자는 이미 사망하였으나 그 세포는 배양세포주로서 아직까지 살아 있다.
동식물체의 조직편을 배양하는 조직배양과 개개의 세포 상태로 배양하는 세포배양은 널리 행해지고 있다. 배양세포는 흔히 생체 내의 조직세포와는 다른 성질을 나타낸다. 연구재료로서 오래 계대배양(繼代培養)되고 있는 것은 배양세포주(培養細胞株)라고 하며, 동물과 사람에서 많이 알려져 있다.
쥐의 L 세포주는 1943년 미국의 아르가 섬유아세포를 배양한 것에서 시작된다. 또, 인체의 헬라세포(HeLa cell)주는 1953년 미국의 게이가 자궁경암세포를 배양한 것에서 시작되었으며, 환자는 이미 사망하였으나 그 세포는 배양세포주로서 아직까지 살아 있다.
역사
세포 배양의 역사는 19세기 말에서 20세기 초로 거슬러 올라간다. 최초의 성공적인 세포 배양은 1907년 로스 해리슨(Ross Granville Harrison)이 개구리 신경 조직을 배양하면서 이루어졌다. 이후 1951년 헨리에타 랙스(Henrietta Lacks)의 자궁경부암 세포로부터 배양된 최초의 인간 세포주인 헬라 세포(HeLa cell)가 세포 연구의 기초를 마련했다. 헬라 세포의 성공은 현대 세포 배양 기술의 발전을 가속화했으며, 다양한 인간 세포주의 개발로 이어졌다.
배양세포의 종류
배양 세포는 출처와 배양 방식에 따라 여러 가지로 분류될 수 있다.
- 1. 일차 세포 (Primary Cells)
일차 세포는 생체 조직에서 직접 분리한 세포로, 생리학적으로 원래 조직의 특성을 유지한다. 일차 세포는 일반적으로 수명이 제한되어 있어 몇 차례 분열 후 사멸한다. 이러한 세포는 특정 조직의 특성을 연구하는 데 유용하며, 실제 생리적 반응을 모사하기 위해 사용된다.
- 2. 세포주 (Cell Line)
세포주는 여러 번의 분열에도 불구하고 지속적으로 증식할 수 있는 세포로, 불멸화된 경우 무한히 증식할 수 있다. 세포주는 특정 실험 조건에서 일관성 있는 결과를 얻기 위해 자주 사용되며, 연구를 위해 다양한 유형의 세포주가 개발되었다.
- 일반 세포주: 자연 상태에서 분리되어 제한된 수명 동안 배양할 수 있는 세포.
- 불멸화 세포주: 유전자 조작이나 화학 처리를 통해 무한히 분열할 수 있도록 만든 세포.
- 3. 줄기 세포 (Stem Cells)
줄기 세포는 특정 유형의 세포로 분화될 수 있는 능력을 가진 세포이다. 배양된 줄기 세포는 신경 세포, 근육 세포, 혈액 세포 등으로 분화 가능하여 재생 의학 및 세포 치료에 중요한 역할을 한다.
- 성체 줄기 세포 (Adult Stem Cells): 특정 조직에서 채취한 줄기 세포로, 제한된 분화 능력을 가진다.
- 유도 만능 줄기 세포 (Induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs): 성체 세포에 특정 유전자를 주입하여 만능 분화 능력을 가진 줄기 세포로 전환한 세포.
세포배양
생물체로부터 분리한 세포를 분리하여 배양하는 과정. 생체조직을 무균적으로 선발해서 트립신이나 프로나아제 등의 소화효소로 처리하여 단세포로 분리하여 초대배양을 한다. 또 계대중인 세포계나 세포주를 같은 효소처리로 분산시켜 얻어낸 단세포를 증식배지에 이식, 접종하여 다음의 계대배양을 한다. 이와 같이 단백질분해효소 등의 처리로 단세포를 분산해서 배양하는 방법을 세포배양이라 한다.
1900년 초부터 시작한 동물조직의 배양을 조직배양이라고 불러왔다. 이는 생체조직을 무균적으로 선발하여 가위나 면도칼 등으로 가늘게 절단하여 생긴 조직단편들을 배양하거나, 증식한 세포집단을 라버폴리스민 등으로 배양기 벽에서 긁어내어 분상, 계대하였다. 따라서 단세포를 배양하는 것은 아니었다. 1950년대에 들어와서 트립신처리에 의한 세포분산법을 개발하여 소위 세포배양을 시작했다. 세포배양법의 개발은 생체를 구성하고 있던 세포를 단세포생물처럼 취급하는 것이 가능하게 되었다.
이 방법으로 대장균 등에서 얻어낸 지식이나 기술을 기초로 동물세포를 해석하는 흐름을 확립하게 되었다. 이 결과, 세포의 기본적 대사, 증식, 분화, 노화, 발암 바이러스 감염 등을 세포 수준에서 정량적으로 취급할 수 있게 되었다. 세포배양에는 세포가 배양기에 부착하여 증식하는 단층배양과 세포가 부착 · 신전하는 일이 없이 부유 상태로 증식하는 현탁배양이 있다. 또한, 단일의 세포를 배양하여 콜로니를 형성하는 단세포배양이나, 역으로 대량의 세포를 배양하는 대량배양이 있다.
배양된 세포는 상피유사, 섬유아유사, 림프구 상의 형태를 나타낸다. 생체에서 분리, 배양을 시작한 초대배양세포는 정상 2배체 염색체의 염색체구성을 한다. 또한, 초대배양세포는 정상성질을 갖고 있으나 계대함에 따라 증식능, 염색체, 형태 등의 변화(형질변환)를 수반하여 종양성을 갖게 된다. 그 세포의 유래조직에 있던 분화기능은 때로는 소실하기도 한다. 최근에 이 분화기능을 유지한 세포주가 다량으로 수립되고 있다.
세포 배양의 기법
배양 세포를 성공적으로 키우기 위해 다양한 기법이 사용된다.
- 1. 배지 (Culture Media)
세포 배양에서는 세포의 성장에 필요한 영양소와 생리학적 조건을 제공하는 배지가 필요하다. 배지는 일반적으로 아미노산, 당, 비타민, 미네랄, 성장 인자 등을 포함하며, 특정 실험 목적에 따라 맞춤 조정될 수 있다.
- 기본 배지 (Basal Medium): 표준적인 세포 배양에 사용되는 기본적인 영양소가 포함된 배지.
- 특수 배지 (Specialized Medium): 특정 세포의 요구에 맞춘 배지로, 특정 세포주의 최적 성장 조건을 제공.
- 2. 무균 환경 (Aseptic Environment)
세포 배양은 오염을 방지하기 위해 무균 상태에서 수행된다. 이를 위해 주로 무균 작업대, 필터 시스템, 자외선 소독 등이 사용된다. 외부 오염이 세포 배양에 미치는 영향을 최소화하기 위해 철저한 무균 기술이 필요하다.
- 3. 배양 조건 (Culture Conditions)
세포의 최적 성장을 위해 온도, pH, 산소 농도, 습도 등의 조건이 조절된다. 일반적으로 인간 세포는 37°C의 온도, 5% 이산화탄소 농도의 조건에서 배양된다. 특정 세포주는 고유한 배양 조건이 요구될 수 있다.
참고자료
같이 보기
