왜 실험실에서 배양된 세포는 항상 실제 인체 환경을 시뮬레이션하기 어려운지 생각해 보셨습니까?전통적인 2차원 배양 기술은 이미 수십 년 동안 계속 사용되고 있지만, 세포 기능과 구조 재현에 있어서 시종 뛰어넘기 어려운 갭이 존재한다.이런 한계는 신약 개발의 효율을 제약할 뿐만 아니라 재생의학의 발전을 더욱 저해한다.

미중력 3차원 세포 배양 시스템의 출현은 세포 배양의 역사를 다시 썼다.베이징 커예 흥업의 TDCCS-3D미중력 환경을 시뮬레이션함으로써 세포가 3차원 공간에서 자유롭게 부상하고 자연적으로 집결하여 인체 조직과 매우 비슷한 구조를 형성할 수 있도록 한다.이 시스템에서 배양되는 심장 조세포 생산량은 기존 3D 배양의 4배, 순도는 99%에 달해 심장질환의 세포 치료 가능성을 제공하는 것으로 나타났다.

전통적인 2차원 배양의 치명적인 결함은 체내의 복잡한 미세 환경을 모의할 수 없다는 데 있다.세포가 편평한 배양접시에서 생장할 때 세포간의 립체적상호작용이 결핍하여 기능표현이 불완전하게 된다.바이오 스텐트 등 3D 배양 기술의 도움에도 불균등한 분포, 대사 노폐물 축적 등의 문제에 직면해 있다.미중력 환경은 마침 이 난제를 해결했다. 유체의 정적 압력을 낮춤으로써 세포는 자연적인 3D 구형 집합체를 형성할 수 있고, 동시에 용기 벽과의 기계적 응력 접촉을 감소시켜 세포 간의 신호 전도와 협동 분화를 촉진할 수 있다.

이 기술의 돌파성은 실험실 환경에서만 나타나는 것이 아니다.Xu 팀이 개발한 냉동 보존 기술은 세포가 -80 ℃ 에서 대사 활동을 중단 할 수있게하여 우주 실험에서 발사 시기 문제를 해결합니다.이산화탄소에 의존하지 않는 새로운 배양기는 우주정거장의 환경제한을 극복하고 세포의 우주배양을 현실로 만들었다.이러한 혁신은 세포 배양의 경계를 실험실에서 우주 분야로 넓혔다.

미중력 3차원 배양 시스템의 가장 관건적인 장점은'낮은 절단력'디자인에 있다.전통적인 배양에서 기계교반에서 산생된 절단력은 흔히 세포를 손상시키는데 TDCCS-3D는 정확하게 통제된 회전시스템을 통해 세포를 자유락체에 가까운 환경에 처하게 함으로써 생존률과 생리활성을 대폭 제고시켰다.45도 기울어진 회전장치는 또 미중력(10⁻G)부터 과중력(2-3G)까지 다양한 환경을 시뮬레이션해 중력이 세포에 미치는 영향을 연구하는 데 정교한 조절 능력을 제공한다.

심장재생의학 분야에서 이 기술은 놀라운 잠재력을 보여준다.심근세포가 미중력 조건에서 형성된'심장구'구조는 전통적인 방법보다 실제 심장조직의 전기생리적 특성을 모의할 수 있다.이는 심장병약물선별에 더욱 믿음직한 모형을 제공할뿐만아니라 더우기는 미래의 심장조직의 체외재건에 길을 열어주었다.임상 전 연구에서는 이런 시스템으로 배양한 심근세포를 이식한 뒤 숙주 심장과의 통합도가 60% 이상 향상된 것으로 나타났다.

응용 전망도 마찬가지로 사람을 진작시킨다.종양 모델 구축부터 줄기세포 분화 연구, 약물 선별부터 독성 테스트까지 3차원 미중력 배양 시스템은 2차원 배양보다 인체에 가까운 실험 결과를 제공한다.특히 심장독성평가와 같은 세포기능에 민감한 연구에 대해 시스템의 우세가 더욱 뚜렷해졌다. 즉 약물의 심장세포에 대한 부작용검사정확도가 근 40% 제고되였다.

기술이 끊임없이 완벽해짐에 따라 미중력 3차원 배양 시스템은 실험실에서 산업화로 나아가고 있다.북경과예흥업은 이미 이 시스템의 규모화생산을 실현하여 과학연구기구에 적용될뿐만아니라 제약기업과 병원의 연구수요도 만족시킬수 있도록 하였다.시스템에 장착된 원격 모니터링 기능은 과학 연구자들이 수시로 세포 상태를 관찰할 수 있도록 하여 실험 효율을 크게 향상시켰다.

미래를 내다보면 미중력 3차원 세포 배양 시스템은 재생의학의 표준 배치가 될 가능성이 높다.과학자들이 이렇게 정확하게 인체 내부 환경을 모의할 수 있을 때, 장기 재창조는 더 이상 멀지 않을 수도 있다.특히 심장과 같은 복잡한 기관의 경우 이 기술이 재생 암호를 푸는 핵심 열쇠일 수도 있다.실험실에서 병상 옆까지 미중력 배양 기술은 세포 치료의 신기원을 열고 있으며 천만 심장병 환자들에게 다시 태어날 희망을 주고 있다.