배지와 계대 배양 (<배양 세포 실험 핸드북>, 47)
소나 닭을 도축하는 대신에 세포를 배양시켜 고기 덩어리를 만드는 세상이다. 맛도 별차이가 없다고 하지만, 정말 괜찮을까라는 의문에서부터 복잡한 감정이 올라온다. 인체 안에서 3차원적인 형식화를 이룬 것이 세포들의 세상일텐데, 따로 떨어진 외부 환경에서의 배양된 세포들이 정말 같을까? 세포 배양에 관해 조금 더 정리해 보자. “배지라는 것은, 세포나 조직이 생리적 조건을 양호하게 가지고, 정상적인 기능을 영위하기 위해 사용되는 배양액을 말한다. 가장 기본적은 구성성분을 포함하고 있는 배지를 기본 배지 (Basal medium) 또는 합성 배지 (Synthetic medium)라 부른다. 기본 배지에는, 각종 amino acid, vitamin, 지질, 당질, 핵산염기, 무기염, mineral 등 저분자량의 이미 알려진 성분이 포함된다. 기본 배지만으로 증식하는 세포도 있지만, 그 수는 많지 않다. 통상은 최적의 증식이나 분화기능을 발휘할 수 있도록 혈청을 기본 배지에 첨가하는 경우가 많다. 기본 배지에 혈청 대신에 세포접착인자나 세포성장인자, hormone 등 이미 알려진 성분을 첨가한 배지를 성분기지(이미 알려짐) 배지 (Chemically defined medium)라 부른다. 기본 배지나, 성분기지 배지는 고순도 성분만을 포함하는 배지로, 혈청을 포함하지 않기 때문에 무혈청 배지 (Serum-free media)라고도 불린다.” (47) 세포 배양이 안정적으로 이루어지는 환경을 만들어 주는 것을 배지라고 한다. 기본 배지에 혈청을 첨가하기도 하는데, 혈청(Serum)은 혈액의 일부 성분으로 혈장에서 피브리노겐이 제거된 나머지 노란색 액체 성분을 말하며, 여기에는 물과 포도당, 무기염류, 감마 글로불린 등이 들어있다. 사람의 피를 혈액이라고 하는데, 이 혈액을 원심분리하면 두개로 층분리가 일어난다. 이때 분리된 노란색 액체층을 혈장(혹은 혈청), 아래 가라앉은 빨간 고체를 혈구라 한다. 혈구 속에는 적혈구와 백혈구가 있다. 혈청( serum) 혈장(plasma) 기본적으로 차이는 피브리노겐의 유무이다. 피브리노겐은 혈액응고에 작용하는 단백질이다. 배지는 여러 종류의 영양물질을 포함하고 있기 때문에, 배지에 미생물이 혼입되면 배양세포보다도 급속하게 증식해서 영양분을 소비하고, 경우에 따라서는 유독 물질을 분비해서 세포를 사멸시키는 일이 있다. 이러한 위험으로부터 소중한 배양세포를 지키기 위해서는, 배양재료의 멸균을 확실하게 행하고, 또 숙련된 무균조작으로 배양환경을 청결하게 유지하는 일이 지극히 중요하다. 배양에포가 미생물 등으로 오염되는 것을 contamination (일반적으로 줄여contam)이라 부른다. 배양세포가 오염되면 본래의 의미를 잃어버린 것이다.
생체에서 분리한 세포를 배양 (초대 배양 : primary culture)하면, 많은 경우 세포는 서서히 증식해서 배양용기에 가득 차게 되어 증식을 정지한다. 그러나 세포를 배양용기에서 박리하고 그 일부를 신선한 배지로 분산해서 새로운 용기로 옮기면, 세포는 다시 증식을 시작한다. 이렇게 세포를 다른 용기로 옮기는 조작을 계대 (passage, transfer)라고 하고, 이렇게 한 배양을 계대 배양 (subculture)이라고 한다. 이렇게 하여 계대 배양을 지속하면, 어떤 세포는 일정 횟수 분열한 후, 증식 능력을 읽고 죽어 간다. 이들 세포는 말하자면 유한수명을 가진 것이고, 세포계 (cell strain)라고 부른다. 한편, 어떤 세포는 배양기간 중에 무엇인가의 변이를 일으켜서 무한으로 증식하게 되는 것이 있다. 정상 세포는 유한 증식을 하지만, 암세포는 무한 증식을 한다. 배양세포 실험중 암세포는 증식도 쉽고 무한 증식을 할 수 있다. 세포배양의 커다란 이점 중의 하나는 human세포를 이용할 수가 있다는 점이다. Human cancer로부터 수립한 다양한 암 세포주를 모아서 암의 특성을 조사할 수가 있다. 세포주는 수많이 존재하지만, 완전히 동일한 것은 없고, 제각각 특이한 성질을 가지고 있다. 예를 들면 특이유전자의 발현 혹은 결손, 특이산물의 생산, 특정 증식인자 감수성, virus 감수성 등이 있다. 제각각 세포주 고유의 성질은 배양조건에 따라 영향을 받아 변화하기 때문에, 세포주를 사용하여 실험을 수행할 때에는, 그 세포주의 배양조건을 정확히 파악해야 된다. 특히, 배지와 계대 방법은 중요하다. 배지에 대해서는 우선 그 종류, 혈청의 유무, 혈청의 종류와 농도, 또 첨가하는 증식인자, 접착인자 등이다. 예를 들면, 원래 무혈청 배지에서 증식하는 세포이지만, 증식속도가 느리다는 이유로 혈청을 첨가해서 배양을 계속하면 혈청 의존성의 세포집단으로 변화되어 형질이 바뀐다. 세포는 산소 stress에 대해 세포 증식정지로 응답하는 경우가 많아 산소 stress에 약한 세포는 그 외의 다른 조건들이 좋아도 증식하지 않는 경우가 많다. 이 경우 3% 정도의 저산소 상태로 배양하면 세포증식능이 현저히 개선되는 경우가 있다.
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