배양육에는 왜 세포 지지체가 필요한가요?

Question

배양육을 만들 때 동물 세포를 키우는 것뿐 아니라 세포가 붙어서 자랄 지지체도 연구한다는 글을 봤습니다. 세포 수를 충분히 늘리면 고기처럼 될 것 같았는데 구조를 잡는 재료가 중요한 이유가 궁금한데요. 지지체는 배양육의 근육 조직 형성에 어떤 역할을 하는 건가요?

Answer 1

안녕하세요, 엄격한비단벌레5님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 배양육을 만들 때 단순히 세포 수만 늘리는 것으로는 실제 고기의 형태와 씹는 맛을 만들 수 없으며, 동물 세포가 달라붙어 자라는 세포 지지체는 생체 내 세포외기질의 역할을 대신하여 세포의 부착과 분화를 유도하고 산소와 영양분을 내부까지 전달하며 고기 특유의 결을 형성하는 핵심적인 입체 뼈대랍니다.

■ 부착 의존성 세포의 특성과 3차원 입체 배양 환경 조성

동물의 근육 줄기세포는 액체 속에 둥둥 떠서 자라는 것이 아니라 어딘가에 단단히 발을 디뎌야 분열하고 성장하는 부착 의존성을 지니고 있습니다. 지지대가 없는 액체 배양액 속에서 세포만 계속 증식시키면 세포들이 바닥에 가라앉아 납작하게 퍼지거나 서로 엉겨 붙어 죽어버리는 부착 결여 세포사멸을 겪게 되는데요. 지지체는 세포가 달라붙어 안정적으로 살아갈 수 있는 표면적을 넓혀주는 보금자리 역할을 합니다. 또한 실제 생체 조직에서 세포들을 감싸고 지탱해 주는 세포외기질의 물리적, 화학적 특성을 모사함으로써, 세포가 2차원 평면이 아닌 3차원 입체 구조 속에서 자연스럽게 자라나도록 이끌어줍니다.

■ 근관세포 융합과 근육 결 정렬을 통한 고기 식감 구현

우리가 식탁에서 만나는 고기의 쫄깃한 식감은 수많은 근육세포가 평행하게 나란히 배열되어 형성된 질서 있는 근섬유 다발에서 나옵니다. 동물 세포가 지지체 표면에 안착하면 근원세포들이 서로 길게 융합하여 여러 개의 핵을 가진 원통형의 근관세포로 분화하는데요. 이때 미세한 줄무늬 홈이나 나노 섬유 방향이 정밀하게 설계된 지지체는 세포들이 한 방향으로 곧게 정렬하여 자라도록 물리적인 가이드라인을 제공합니다. 이러한 방향성 유도가 없으면 세포들이 무작위로 엉켜 그저 흐물흐물한 죽이나 세포 반죽처럼 변해버리지만, 지지체의 뼈대를 따라 정렬되면 실제 살코기처럼 결대로 찢어지는 특유의 저작감과 탄력을 구현할 수 있습니다.

■ 미세 다공성 통로를 통한 산소와 영양분 확산 한계 극복

살아있는 동물의 몸속 조직에는 모세혈관이 촘촘히 뻗어 있어 세포 구석구석까지 산소와 포도당을 쉼 없이 공급하지만, 인공 배양육에는 혈관 시스템이 없습니다. 물리적으로 산소와 영양분이 생체 조직 내부로 자연 확산하여 파고들 수 있는 유효 깊이는 기껏해야 100~200마이크로미터 안팎에 불과한데요. 만약 지지체 없이 세포 덩어리만 두껍게 키우면, 겉 표면의 세포만 양분을 흡수하고 중심부 세포들은 산소 부족으로 질식해 썩어 들어가는 중심부 괴사가 발생합니다. 지지체는 스펀지처럼 내부에 수많은 미세 구멍이 상호 연결된 다공성 구조를 지니고 있어, 배양액과 산소가 내부 깊은 곳까지 막힘없이 스며들고 대사 노폐물은 원활히 빠져나가도록 수송 통로를 열어주지요.

정리하자면,

배양육에서 세포 지지체는 부착 의존성을 띤 근육세포가 죽지 않고 자라날 수 있는 표면을 제공하고, 모세혈관을 대신해 깊은 곳까지 산소와 영양분을 실어나르는 다공성 통로가 되며, 세포를 한 방향으로 질서 있게 정렬시켜 실제 살코기다운 입체적 결질과 씹는 맛을 완성하는 필수적인 생체 공학적 골격이랍니다.

※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉

Answer 2

동물 세포를 액체 속에서 단순히 늘리면 고기가 아닌 흩어진 세포 덩어리가 되어버립니다.

그래서 형태와 식감을 구현하기 위해서는 세포가 붙어 자랄 수 있는 세포 지지체가 필수적이죠.

우선 대다수 동물 세포는 표면에 붙어야만 살 수 있어 지지체가 생존 토양이 됩니다.

또한 지지체의 미세한 결이 근육 세포들을 한 방향으로 나란히 정렬시키는 역할을 하고, 세포가 결을 따라 융합되면서 고기처럼 결이 살아 있는 근섬유 조직이 만들어지게 됩니다.

게다가 세포가 2차원 평면이 아닌 3차원 공간 입체 구조로 자라도록 만들어야 씹을 때 육즙이나 고기 특유의 탄력과 결을 재현할 수 있습니다.

그리고 다공성 구조를 통해 두꺼운 세포 덩어리 내부까지 산소와 영양분이 원활히 전달되도록 해줍니다.

결론적으로 지지체는 세포를 고기다운 조직으로 엮어주고, 지탱하는 핵심 뼈대 역할을 하는 것입니다.