암정보교육관

암 연구와 미래기술

세포주와 활용분야

세포주(細胞株, Cell Line)
정상세포는 보통 체외배양이 어렵지만, 세포주는 다세포 생물에서 세포를 분리하여 체외에서 증식, 유지 및 동결보존하는 세포배양(cell culture)기법의 발전으로 무한 증식과 이를 이용한 살아있는 세포를 이요한 의생명현상 연구가능.

의생명공학연구에 있어 세포주의 활용분야
세포의 분화, 각종 유전자의 발현, 약제에 대한 감수성 및 내성, 세포의 침습 및 전이, 세포 표지 항원의 발현 및 분비, 단세포군 항체의 개발, 생체반응 조절물질의 효과, 세포의 성장 및 억제인자와 유전자 연구 등 의생명공학연구의 많은 분야에서 세포주를 이용한 연구를 수행하고 있음.

1996~2017 사이에 44,386 연구과제에 한국세포주은행에서 분양받은 세포주를 이용하여 국내외에서 연구과제가 수행되었음

세포주이용의 장점

의생명과학 연구에 있어 동결되었거나 포르말린에 고정된 조직표본을 사용하는 경우 조직이 부족할 경우 반복실험이 불가능 하지만 세포주의 경우 세포배양으로 대상 세포를 무한정 얻을 수 있음.

조직의 경우 실험대상이 아닌 다른 세포들이 함께 섞여 있지만 세포주의 경우 실험대상 세포만을 순수하게 이용할 수 있음.

세포배양으로 동일한 실험을 반복할 수 있으며, 암세포의 경우 세포가 살아있는 상태에서 대조준과 처리군의 항암제 감수성 연구 가능.

체내에서 불가능한 여러가지 조작을 할 수 있으며, 전세계에서 누구나 공인된 세포주은행(cell line bank)이나 세포주를 개발한 연구에게서 공인된 세포주 교환으로 동일한 세포로 연구할 수 있음.

세포주이용 예) SNU-C4 대장암 세포주를 면역결핍생쥐인 누드마우스에 주사하여 종양을 형성시킨 모양

한국세포주은행 주요 연혁

1982

세포주 개발시작 (서울대 의대 박재갑 교수)

1984

한국인 위암세포주 SNU-1 및 대장암세포주 5종 수립

1987

국내외 연구자에 세포주 분양 시작 (한국세포주은행업무 시작)

1991

한국세포주 연구재단 법인설립허가 (과학기술정보통신부(현), 비영리공익재단법인)

1993

한국세포주연구재단, UN산하 세계지적재산권기구 (WIPO)승인 부다페스트조약상의 국제특허미생물기탁기관(IDA) 지정
(전세계 25개국 46개의 국제특허미생물기탁 기관중의 하나)

1995~2015

한국연구재단(현) – 국가지정연구소재은행 지정 및 지원

2000-2003

정부과제지원 국제공동연구사업 (일본세포주은행 JCRB)

2004~

WFCC(World Federation for Culture Collections) 회원

2007~

ISBER (International Society for Biological and Environmental Repositories) 회원

1982-2018

5,300여 인체샘플을 이용하여 1천2백여종의 세포주, 오가노이드 개발 및 221여종의 SNU 세포주를 국외 논문에 보고
(분양된 SNU세포주는 2017년까지 2,726여편의 논문에 출판)하였으며 및 현재 분양중에 있음
(한국세포주은행은 세포주보유, 개발, 확보 측면에서 세계 주요 세포주은행중의 하나)

2014~2019

한국연구재단지원 – 국가 목적형소재은행 지정 및 지원

2017~

과학기술정보통신부-생명연구자원 기탁등록 보존기관 지정

2018.12

대한민국 정부에서 10대 국가전략생명연구자원중의 하나로 ‘세포주‘ 선정

한국세포주은행 역할

생명과학 관련 연구에 필수적인 기본소재로서의 세포주 및 오가노이드를 개발, 확보, 특성분석, 품질관리, 동결 보존, 분양하는 범국가적인 자원은행으로서의 역할을 수행

개발
한국인 유래의 세포주 및 오가노이드 개발

품질관리
세포주, 오가노이드의 독특한 유전적, 생물학적 특성 유지 관리, 세포주, 오가노이드간의 오염방지, 오인(misidentified)된 세포주 관리, 마이코플라즈마 등 세균이나 곰팡이 오염 관리, 세포주 동결 후의 생존능력관리

확보
의생명공학관련 연구에 필요한 국내외의 세포주, 오가노이드 자원 확보

분양
세포주, 오가노이드의 분양을 원하는 국내외 연구자 및 연구기관에 분양

관련정보
세포주, 오가노이드 정보제공과 세포주 기탁, 분양을 위한 한국세포주은행 홈페이지 (http://cellbank.snu.ac.kr, 한글 및 영문) 운영, 매년 세포주연구 워크샵개최

세계지적재산권기구(WIPO)승인 국제특허세포주기탁기관 (KCLRF)의 연구자들의 특허출원을 위한 세포주 기탁, 분양, 등의 제반 업무 지원

과학기술 정보통신부지정 생명연구자원 기탁등록 보존기관으로서의 역할 수행 정부지원 연구비로 수행된 결과물인 생명연구자원(세포주의)의 기탁, 등록, 보존을 위한 제반 업무 수행

세포주 개발 절차

STEP 1

종양조직을
무균적으로 채취

STEP 2

가위로 잘게 잘라
종양세포덩어리를 분리

STEP 3

피펫으로 여러 번
피펫팅 하여 무균적으로 채취

STEP 4

종양세포덩어리와
종양세포 분리

STEP 5

종양세포를
조심스럼게 분리

STEP 6

원심분리후
상층액을 제거

STEP 7

종양세포를 세포
배양액에 넣음

STEP 8

37oC가 유지되며
5% CO2가 공급되는
인큐베이터에 배양

한국세포주은행 세포주 개발 실적

1982년 이후 5,400여 인체 표본에서 1,200종의 세포주 및 오가노이드 개발 (1982년 이후 456개의 종양세포주+375개의 EBV-BL세포주+52개의 항암제 및 방사선 내성 세포주개발 + 2016년 이후 400여개의 오가노이드 개발).
개발된 세포주들 중에서 221개의 세포주는 논문에 보고되어 현재 한국세포주은행에서 분양중

SNU 세포주를 체외에서 배양한 모양

세포주 이름에 붙는 SNU는 서울대학교(Seoul National University)의 영문약자로 각세포주에는 고유의 일련번호가 붙여져 있으며, 전세계적으로 동일하게 적용됨

SNU-C4, 대장암세포주

SNU-16, 위암세포주

SNU-251, 난소암세포주 미국특허

SNU-1000, 자궁경부암세포주, 대한민국특허

SNU-368, 간암세포주, 대한민국특허

오가노이드(organoid)의 배양과 이용

오가노이드(organoid)는 체내에서와 유사한 환경인 체외의 3차원 배양환경에서 배양된 일종의 미니 장기.

오가노이드는 인체 각 장기의 조직에 존재하는 줄기세포 (stem cell)나 배아줄기세포 (embryonic stem cell),
유도만능줄기세포(iPS, induced pluripotent stem cell)등에서 생성될 수 있음.
이들 세포는 자기복제능력과 분화능력을 가지고 있어서 체외에서 3차원 배양환경에서 배양할 경우 미니장기를 생성할 수 있음. 오가노이드 배양기술은 2010년대에 비약적으로 발전하였으며, 2013년도의 주요 과학적인 성과중의 하나임.

오가노이드는 세포주와 마찬가지로 계대배양이 가능하고, 증식시킬 수 있으며, 동결보존이 가능하여 해동, 배양하여 오가노이드를 다시 형성할 수 있음. 따라서 미니장기를 체외에서 3차원 배양하여 인체의 여러 생명현상을 연구할 수 있다는 장점이 있음.

특히 종양오가노이드(tumor organoid)는 암세포주 배양에 비해 오가노이드 수립 성공율이 매우 높고, 수립에 필요한 시간도 매우 짧고 정상 오가노이드 수립도 가능하기 때문에 ,향후 정밀의학 연구의 기본 연구소재로 활용될 가능성이 매우 높음.

한국세포주은행은 2016년부터 오가노이드 배양을 시작하여, 현재까지 약 400종 이상의 대장암, 췌장암, 유방암 등에서 유래한 다양한 종류의 종양오가노이드 및 정상 오가노이드를 개발해 오고 있음. 현재 특성 분석을 진행중에 있으며, 향후 논문에 보고된 오가노이드들은 한국세포주은행을 통해 국내외 연구자들에게 분양할 예정임

한국세포주은행에서 개발한 다양한 종류의 대장암 오가노아드가노이드 배양소견

SNU-4376-TO 대장암오가노이드 Confocal microscope소견

한국세포주은행 워크샵 (Korean Cell Line Bank Workshop)

세포주에 대한 최신의 지견을 제공하기 위해 1998년 이후 매년 개최

2015년부터는 매년 2회 소수의 연구자를 대상으로 직접 세포주 배양을 실습할 수 있는 Hans on Workshop을 진행중에 있음.
현재(2019년)까지 총 21회 개최하였으며, 총 203개 주제에 총 3,952여명 참석하였음.

2014년부터는 과학관에서 초등학교 대상 수업을 진행하고 있으며, 2018년도부터는 서울시립과학관에서 과학탐구교실을 진행하고 있음.

한국세포주은행 세포주 분양 과정

한국세포주은행 세포주분양실적

세포주 외국분양 실적

분양된 세포주 활용 논문, 대표적 사례

Broad Institute(Harvard대, MIT, Novartis) 연구논문에서 한국세포주은행에서 분양받은 세포주 이용, CCLE (Cancer Cell Line Encyclopedia),
https://portals.broadinstitute.org/ccle/home

분양된 세포주를 활용하여 보고된 연구자 논문 실적

2010.01.01-2018.12.31
총 소재제공 논문 수 : 3,472편

생명연구자원 기탁등록보존기관 업무 수행

2017년 9월에 과학기술정보통신부의 생명연구자원 기탁등록보존기관으로 지정.
국가 연구비로 개발된 세포주를 포함한 생명연구자원을 기탁, 등록, 대량증식, 동결보존하여 생명연구자원화하고 이를 활용하기 위한 기반 마련

10대 국가전략생명연구자원에 ‘세포주‘ 선정

대한민국 정부는 2018년 12월에 과기정통부, 농림축산식품부, 보건복지부, 해양수산부, 식품의약품안전처, 농진청 등의 주요 부처가 참여한 제3회 바이오특별위원회 안건중에서 미래수요와 나노야 의정서 이행에 따른 자원 주권확보와 바이오 - 산업계의 발전을 도모하기 위해 국가 차원의 전략적 생명연구자원을 선정하여 발표함

각 부처가 제출한 43개의 후보자원중 좌측의 그림과 같은 세포주를 포함한 10개의 국가전략생명연구자원을
선정하여 발표함

선정된 국가전략자원별로 전담기관을 지정하고 전담기관 중심의 자원관리쳬계를 구축할 예정임

세포주의 경우 향후 서울대학교 한국세포주은행을 전담기관으로 지정할 예정