[한국해양과학기술원] 소태아혈청/무혈청 배지를 대체할 수 있는 해양 생물 기반 FBS 대체 바이오 소재
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최고관리자 0 Comments 1 Views 20-11-10 15:46 기계본문
- 분야 : 화학 개발상태 6 9
기술완성도
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TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
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TRL08
시작품 인증/
표준화- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
- 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
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TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
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TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
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TRL05
시제품 제작/
성능평가- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
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TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
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TRL03
연구실 규모의
성능 검증- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
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TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
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TRL01
기초 이론/
실험- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
- 기술개요
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○ 남조류 스피룰리나를 초음파 추출, 효소 추출 및 고온 고압 추출을 통하여 세포 배양액을 제조하는 기술로, 면역학, 생명공학 분야에 활용할 수 있고, 소태야혈청 및 무혈청배지를 대체할 수 있는 세포 배양액의 제조 및 이를 이용한 세포의 배양 방법
- 미세조류 중 남조류에 속하는 스피룰리나(Spirulina platensis)는 광합성을 통해 이산화탄소를 고정화 할 수 있으며, 차세대 에너지 및 식량원으로서 주목 받고 있다.
- 미세조류는 물속의 이산화탄소와 광(빛)만으로 단백질, 녹말, 지방 등을 다양하게 만들어 내며, 별도의 에너지가 필요치 않고 오염원이 되는 질소와 인, 환경에 유해한 이산화탄소를 유기물로 변화 시키며, 짧은 시간에도 그 수가 기하급수적으로 증가하는 왕성한 번식력을 자랑하고 있다. 스피룰리나 1천 톤을 생산하면 170톤(0.17g/L)의 이산화탄소를 저감하는 효과가 있어 기후변화 협약에 대응할 수 있는 효율적인 소재로 평가되고 있다.
- 기술개발 배경
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○ 항생제, 항암제 및 백신과 같은 신약 개발, 재생의학을 위한 줄기세포 연구의 필요성이 증가하고 있으며, 특히 생체 대용성이 뛰어나고, 정밀의료, 신약 바이오산업 분야에 활용되어 의학, 생물학 연구의 기반 기술로써 수요가 확대됨
- 스피룰리나는 최초의 광합성 능력을 가지고 태어난 미생물 ‘사이노박테리아’에 속하는 나선형의 세균으로 모든 생물들의 먹이사슬의 기초이며, 생명체가 필요로 하는 영양소 성분을 스스로 합성하는 특징을 가지며, 특히, 인체의 생명유지에 필요한 8종의 단백질, 13종의 비타민, 14종의 미네랄 엽록소, 감마리놀레닉산 GLA, 항산화제 SOD, 다당류, 섬유질 등의 총 49종의 영양원소가 균형 있게 함유되어 있고, 이러한 영양소가 체내의 비율과 유사하게 구성되어 있어 무려 95%에 이르는 소화흡수율을 가능하게 하는 것으로 알려져 있다.
- 현재 세계 각국은 미래의 식량자원이자 차세대 건강식품의 최적 원료인 스피룰리나를 놓고 치열한 연구경쟁을 벌이고 있으며, 유엔식량농업기구(FAO), 유엔공업개발기구(UNIDO) 등 국제기구에선 ‘바다에서 나는 미래의 완전식품’으로 인정했고, 美항공우주국(NASA)은 우주인의 식량으로 선정하였다.
- 광합성 색소인 클로로필 a를 함유하고 있어 식품이나 음료의 천연색소로 이용되며, 의약품의 원료로서도 이용이 가능하다.
- 스피룰리나에 고농도로 함유된 단백질은 필수아미노산 조성이 인체가 요구하는 조성에 균형 잡힌 우수한 단백질이며 소화흡수율 및 생체 이용률이 아주 높고, 특히 어떤 식품보다 많이 함유하고 있는 각종 카로티노이드 성분과 피코시아닌 성분은 체내 유해한 산소화합물인 활성산소를 중화·제거시키는 역할을 통하여, 피부미용에서부터, 노화 지연, 면역기능 강화 간 기능 보호효과 등 당뇨병에 합병증 예방에 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 또한 강알칼리에 내성을 가지고 있어 폐수처리 등의 환경 분야에 적용할 수 있으며, 건강보조식품, 화장품 분야, 사료 등으로 많이 이용되고 있다.
스피룰리나 (Spirulina)
- 기존기술 한계
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○ 동물세포 배양에 필수적인 혈청으로 가장 많이 활용되는 소태아혈청(Fetal Bovine Serum, FBS)은 혈청의 원활한 공급을 위해 혈액의 양이 많은 큰 개체가 필요하여 적합하지만, 동물세포 배양에 있어 다른 종으로부터 유래한 혈청의 면역글로불린이 면역거부 반응을 유도하여 다양한 부작용이 유발될 수 있음
- 소태아혈청의 경우 어미 소로부터 출산하기 이전의 소태아에서 분리하기 때문에 최소한의 고유 면역글로불린만을 가지므로 타 동물 유래 혈청에 비하여 면역거부반응이 상대적으로 적게 유발되어 세포배양에 가장 적합하지만 문제가 있다.
- 세포배양을 위한 소태아혈청의 제조과정을 보면 임신한 어미 소의 자궁에서 소태아를 적출하여 소태아 심장에 바늘을 꽂아 혈액을 채취한 후 혈청을 분리하여 사용하는데 이 과정이 매우 비윤리적이고 비환경적이다.
- 생산과정의 어려움과 희소성으로 산업적으로 생산 가능한 소태아혈청 제품은 매우 높은 가격이 책정되는 고비용 구조의 심각한 문제점이 있다.
○ 인간 게놈 분석, 의학 및 산업적으로 사용되는 단백질 생산 등 의학, 면역학, 생물학 연구의 미진
○ 의료, 건강에 이용되는 완전식품, 슈퍼푸드에 대한 관심이 높아지면서 관련 기술의 고도화가 필요함
소태아혈청(FBS) 문제점 및 기술 개발의 필요성
- 개발기술 특성
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○ 스피룰리나 추출물을 함유하는 세포 배양액(Spirulina Animal Cell Culture Solution, SACCS)은 친환경적 해양생물 소재의 혈청 대체재로 유용
○ 동물 유래 질병으로부터 안전하고, 혈청 의존도를 낮출 수 있는 효과가 있음
○ 기초학문의 연구와 산업적 분야에 이용가치가 높음
○ 약제학적으로 SACCS는 분자세포생물학 실험 적용이 가능하고, 소태야혈청(Fetal Bovine Serum,FBS) 대체 가능성이 있음
○ SACCS가 처리되지 않은 HeLa세포에 비해 약 15%증가한 세포 생존율을 보임
[성분분석에 따른 검사 성적서(좌), FBS alc SACCS의 세포독성 평가결과(우)]
- 기술구현
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○ 남조류 스피룰리나 추출물을 함유하는 세포배양액(SACCS) 개발
- 스피룰리나 건조분말을 추출액으로 회수하여, 필터로 여과한 후 세포배양액을 제조
- 남조류 스피룰리나 추출물을 함유하는 세포 배양액(Spirulina Animal Cell Culture Solution, SACCS)을 제조한 다음, 상기 세포 배양액과 혈청을 적절한 혼합비율로 합성배지에 첨가하여 세포 배양용 배지를 제조
- 10세대 이상 계대배양하여 세포주 배양능을 확인
○ 혈청 대체 소재로서의 스피룰리나 속(Spirulina sp.)의 활용 가능성을 확인
- 남조류 스피룰리나 추출물을 함유하는 세포 배양액의 혈청 대체 비율을 확립
- 시장동향
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○ 2017년 기준으로 FBS 대체 세포배양 배지 시장의 경우 세계시장은 3.2억 달러로 8.8%의 평균성장을 보이고 있으며, 국내시장의 경우 96.5억 원의 규모와 11.3%의 성장률을 보이고 있음
○ 2017년의 시장규모와 5년간의 평균성장율이 유지된다고 가정하였을 때, 2021년의 시장규모는 세계 시장의 경우 4,484억 원, 국내시장의 경우 148억 원이며 그 후 시장규모는 아래와 같음
[FBS 대체 세포배양 배지 시장 규모]
- 기술활용분야
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○ 세포배양액, 줄기세포, 항암치료 시장
[동물세포 순수 분리 및 배양 기반 기술을 통한 기대효과 및 활용분야]