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줄기세포 배양액

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줄기세포 배양액은 줄기세포를 시험관 환경에서 성장, 증식 및 분화시키기 위해 사용하는 특수한 배양액이다. 이 배양액은 줄기세포가 특정 기능을 유지하거나 원하는 세포로 분화되도록 필요한 영양소, 성장인자 및 환경 조건을 제공한다

개요

줄기세포 배양액은 줄기세포를 배양하고 증식하는 과정에서 생성되는 배양 생성 물질로, 이 과정에서 다양한 성장인자, 사이토카인, 세포외기질 단백질 등이 포함된다. 이러한 성장인자들은 세포의 성장, 분화, 그리고 기능을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.

줄기세포 배양액은 프리미엄 화장품의 원료로 각광 받고 있다. 법적으로 화장품에는 살아있는 인체 (줄기)세포나 조직 등을 넣을 수 없다. 때문에 줄기세포 배양액 속 성장인자를 추출해 화장품 원료로 사용하고 있다.

줄기세포 배양액은 주로 성인의 지방조직, 골수, 탯줄 (제대혈) 등에서 추출하는데 일종의 단백질 신호물질인 성장인자들이 피부 항노화 효과를 발휘한다는 게 업계의 설명이다.

구성 요소

줄기세포 배양액은 세포 유형과 연구 목적에 따라 다양하지만, 일반적으로 다음과 같은 주요 성분으로 구성된다:

기본 배지 (Basal Medium)
  • 일반적으로 사용되는 기본 배지에는 DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), RPMI-1640, 또는 MEM (Minimum Essential Medium)이 포함된다.
  • 기본 배지는 세포 생존에 필요한 필수 아미노산, 당, 무기염, 및 비타민을 포함한다.
혈청 (Serum)
  • 태아소혈청(Fetal Bovine Serum, FBS): 세포 성장과 증식에 필요한 다량의 성장인자와 단백질을 포함.
  • 무혈청 배양액의 경우, 인공적으로 합성된 성장인자를 첨가하여 혈청의 대체 효과를 제공.
성장인자 (Growth Factors)
  • 줄기세포의 증식과 분화를 조절하는 핵심 성분.
  • ES 세포용 성장인자: LIF (Leukemia Inhibitory Factor), bFGF (Basic Fibroblast Growth Factor).
  • 성체 줄기세포용 성장인자: EGF (Epidermal Growth Factor), VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor).
호르몬 및 기타 첨가물
  • 인슐린, 트랜스페린, 셀레늄(ITS): 세포 대사와 성장 지원.
  • 헤파린: 특정 세포의 분화 촉진 및 안정화.
버퍼와 pH 안정제
  • 배양 환경의 pH를 7.2~7.4로 유지하여 세포 생존성을 보장.
  • 일반적으로 HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) 사용.
항생제
  • 배양 중 오염 방지를 위해 페니실린(Penicillin)과 스트렙토마이신(Streptomycin)을 포함.

사용 목적에 따른 배양액 종류

만능 줄기세포(Pluripotent Stem Cells, PSCs)
  • 인간 유도만능줄기세포(human iPSCs)와 배아줄기세포(hESCs) 배양에는 LIF, bFGF, 및 특정 표면 단백질(예: TGF-β)가 첨가된 배양액 사용.
성체 줄기세포(Adult Stem Cells)
  • 간엽줄기세포(Mesenchymal Stem Cells, MSCs) 배양에는 FBS와 함께 EGF, PDGF (Platelet-Derived Growth Factor) 등 사용.
신경 줄기세포(Neural Stem Cells)
  • 뉴로바이살(Neurobasal) 배지에 bFGF, EGF, 및 B27 첨가제를 추가하여 사용.
배아체 형성(Embryoid Body Formation)
  • PSCs가 분화하도록 유도하기 위해 성장인자가 포함되지 않은 배양액 사용.

배양 조건

온도 및 이산화탄소
  • 배양은 일반적으로 37°C에서 수행되며, 5% CO2 환경이 필요.
습도
  • 습도를 95% 이상으로 유지하여 세포 탈수를 방지.
무균 상태
  • 배양은 오염 방지를 위해 무균 환경에서 수행.

응용 분야

  • 재생의학: 손상된 조직이나 장기를 복구하기 위한 세포 치료에 활용.
  • 신약 개발: 약물의 효능과 독성을 테스트하기 위해 줄기세포를 사용.
  • 질병 모델링: 질병의 메커니즘을 연구하기 위해 환자 유래 줄기세포를 배양.
  • 기초 연구: 세포 분화, 증식, 및 유전자 발현과 관련된 연구.

한계 및 도전 과제

  • 성분의 복잡성: 배양액 내 모든 성분의 역할과 상호작용이 완전히 이해되지 않음.
  • 비용: 고품질 성장인자와 혈청이 포함된 배양액은 비용이 높음.
  • 오염 위험: 배양 중 미생물 오염이 발생할 가능성이 있음.
  • 무혈청 배양액 개발: 윤리적 문제와 재현성을 높이기 위해 무혈청 배양액 연구가 진행 중.

줄기세포 배양액 화장품

안티에이징 화장품이 전세계적으로 성장하고 있다. 시장조사 전문기관인 유로모니터에 따르면 글로벌 안티에이징 화장품 시장 규모는 2022년 450억달러(약 60조 2400억원) 에서 연 평균 5% 성장해 2027년에는 580억달러(약 77조 6400억원)에 달할 것으로 전망된다. 안티에이징 화장품의 핵심에는 '줄기세포 배양액 화장품'이 있다.

줄기세포(stem cell)는 자가 재생 능력이 있으면서 신체 조직을 구성하는 다양한 세포 유형으로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포, 즉 ‘미분화세포’를 뜻한다.

줄기세포는 일반적인 체세포(somatic cell)와 달리 특정 조건이 갖춰지면 혈액, 뼈, 근육, 뇌, 피부 등의 장기를 구성하는 다양한 유형의 세포로 분화할 수 있다. 또 줄기세포는 뛰어난 상처 치유와 조직 재생 효과도 있다. 정상적인 사람의 피부에 상처가 생기면 피부 줄기세포가 활성화되어 상처 부위로 이동 후 필요한 세포 유형으로 분화해 조직 재생에 관여하는 것이 대표적이다.

줄기세포 배양액 화장품은 이러한 재생능력이 있는 줄기세포를 배양할 때 분비되는 유효 성분을 포함한 배양액을 활용하는 것으로, 줄기세포가 들어있는 것은 아니다. 정부는 2010년 안전기준을 제정, 고시해 줄기세포 배양액을 화장품 원료로 사용할 수 있는 길을 열었다. 이에 따라 현재 ‘줄기세포 배양액 화장품’이 유통, 판매되고 있다.

줄기세포 배양액에는 피부의 재생과 회복, 노화 방지에 도움을 줄 수 있는 다양한 생리활성물질들이 포함되어 있다. 줄기세포가 배양액에서 자라는 동안 여러 물질을 분비하고, 이 성분들이 배양액에 담긴다. 대표적인 성분으로는 혈관내피 증식인자(VEGF), 형질전환 성장인자 베타(TGF-β), 세포성장인자(EGF), 섬유아세포 성장인자(BFGF)를 포함한 성장인자류와 염증 억제 및 면역반응을 조절하는 사이토카인(cytokine), 항산화 물질, 엑소좀, 아미노산과 펩타이드, 보습성분 등이 있다.

줄기세포 배양액의 전체 성분을 완벽하게 분석하는 것은 어렵다. 다만 NCBI(미국 국립생물공학정보센터) PubMed에서 ‘Stem cell conditioned media for skin regeneration(줄기세포 배양액이 피부 재생에 미치는 영향)’을 검색하면 190여개의 논문이 나온다. 이 연구들은 줄기세포 배양액의 활성 성분이 피부 상태 개선에 기여할 수 있다는 내용이 대부분이다. 줄기세포 배양액이 ▲세포의 증식과 분화, 혈관 생성 등을 통해 피부 세포 재생과 콜라겐 합성을 촉진하고 ▲항산화 효소는 피부가 산화 스트레스 환경에서 손상되는 것을 보호하며 ▲사이토카인은 염증 반응을 억제하고 피부 장벽 강화에 도움을 줘 피부 민감성 감소에 긍정적인 영향을 준다는 내용들이다.

줄기세포 배양액의 피부 상태 개선 효과는 과학적 또는 임상 데이터로 입증됐다. 하지만 국내외에서 줄기세포 배양액 화장품이 '기능성 화장품'으로 규제기관에 의해 인증을 받은 사례는 아직까지 없다.

줄기세포 배양액의 효과는 이미 과학적으로 검증이 됐고, 배양액으로 만든 화장품도 인체적용시험 등을 거치며 효과가 있다는 것도 밝혀졌다. 다만 줄기세포 배양액을 구성하는 성분이 다양하고, 배양액 효과를 전체적으로 대표하는 특정 성분을 검출해 그것에 의한 효능 입증 및 기전 연구, 더 나아가 고시된 기능성을 검증하는 것이 어려워 업계에서 줄기세포 배양액으로 기능성 원료 인증을 신청한 사례가 없는 것으로 알고 있다.

줄기세포 배양액은 바이오 기업에서 제조∙공급하는 경우가 많다. 치료제를 개발하기 위해 줄기세포를 배양하는 과정에서 필연적으로 배양액이 생기기 때문이다. 이러한 연계 산업이 없는 경우 산업적으로 활용가능한 줄기세포주 구축부터 배양액 생산시설 구비, 양산을 위한 장기간 배양, 화장품 원료용 배지 개발 등 높은 수준의 연구개발 및 생산비용이 요구된다. 진입장벽이 높은 산업분야라 할 수 있다.

또 생산된 줄기세포 배양액을 화장품 원료로 사용하려면 식약처의 엄격한 규정을 준수해야 한다. 적격성 검사, 안전성 평가, 품질시험 검사 등 안전기준을 충족시켜야 한다. 화장품 책임판매업체는 이러한 모든 기록과 성적서 등 관련 서류를 완제품 제조일로부터 3년동안 보존해야 한다.

참고자료

같이 보기


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