외부 동력원이나 복잡한 제어 장치 없이체내 노폐물을 연료 삼아 스스로 움직이는 세포 온라인 바카라이 국내 연구팀손에서 탄생했다.

30일 KAIST에 따르면,화학과 최인성 교수팀은 살아 있는 효모(Yeast) 세포를 기반으로목표 지점을 향해 스스로 방향을 잡고 이동할 수 있는 자가 추진온라인 바카라을 구현했다. 연구팀은 세포온라인 바카라기술이 향후 암세포만 선택적으로 공격하는 정밀 약물 전달 시스템이나 차세대 세포 치료법의 토대가 될 것으로 전망한다.

이번 세포 온라인 바카라의 동력은 생체 부산물인 ‘요소(Urea)’다. 효모 자체가 고안해 낸 대사 작용과 나노 기술을 결합한 것이다.살아있는 세포 자체를 온라인 바카라 골격으로 활용하면 기존 마이크로 온라인 바카라이 가진 단점을 일부 상쇄할 수 있다. 일반적으로 나노온라인 바카라은 금속 및 고분자로 제조돼생체 친화도가 낮고 복잡한 외부 제어 장치가 필요하다는 단점이 있었다. 살아있는 세포를 조작할 수 있다면 이런 한계로부터 자유로울 수 있다.

연구팀은 온라인 바카라 소재로 제빵이나 막걸리 발효에 쓰이는 효모를선택했다. 효모는 구하기 쉬울 뿐만 아니라, 포도당을 분해해 에너지를 얻는 대사 과정에서 부산물로 에탄올을 만들어낸다. 연구팀은 효모가 스스로 만들어내는 에탄올을 이용해 세포 표면에 인공적인 나노 껍질을 입혔다. 이는 살아있는 세포의 물질대사와 외부의 화학 반응을 정교하게 연결하는 방식이다.

효소의 추진체계는 알코올산화효소(AOx)와 겨자무과산화효소(HRP)로 구성된다. 효모가 포도당을 분해하며 에탄올을 배출하면, AOx가 이 에탄올과 산소를 이용해 과산화수소를 생성한다. 이어서 HRP가 생성된 과산화수소를 촉매로 사용하여, 멜라닌의 전구체인 도파민을 중합시켜 멜라닌 계열의 나노 껍질(MLS[PDA])을 효모 표면에 형성하는 형태다.

개발된 추진체는 효모가 성장하고 분열하는 환경에서도 계속기능하도록설계했다. 세포의 형태 변화에 따라 다양한 모양의 비대칭적인 껍질 구조가 자연스럽게 만들어질 수 있다. 연구팀에 따르면 분열 중인 효모에서 어미 세포 부분은 껍질로 완전히 덮인 반면, 새로 생긴 딸 세포 부분은 껍질이 없거나 부분적으로만 덮인 형태의 세포 온라인 바카라도 확인됐다.

또한 연구팀은 껍질의 비대칭 구조가 온라인 바카라의 움직임을 제어할 수 있다는 사실을 발견했다. 세포를 감싸는 나노 껍질에 우레아제(Urease)라는 효소를 부착하자, 이 세포 온라인 바카라은 주변의 요소를 분해하며 스스로 움직이기 시작했다.

우레아제는 요소를 암모니아와 이산화탄소로 분해하는데, 이때 생성된 여러 이온성 물질들이 물속에서 서로 다른 속도로 확산하면서 온라인 바카라 주변에 국소적인 전기장을 형성한다. 전기장이 추진력을 만들어내며 비대칭적인 껍질 구조를 가진 온라인 바카라은 껍질이 없는 세포 부분이 앞쪽을 향해나아갔다. 이는 껍질의 비대칭성이 추진력의 방향을 결정할 수 있음을보여준다.

이번에 개발된 세포 온라인 바카라은 주변의 생체 물질을 연료로 자가 추진이 가능하고, 자석이나 레이저 등 복잡한 외부 제어 장치에 의존하지 않아 구동 메커니즘이 간단하고 생체 친화적이다.

이번 연구의 제1 저자인 KAIST 화학과 김나영 연구원은“자가 추진 세포온라인 바카라은 스스로 환경을 감지하고 반응하며 움직이는 능력을 지닌 새로운 개념의 플랫폼”이라며“향후 암세포 표적 치료나 정밀 약물전달시스템 등에서 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

/ 육지훈 기자 editor@popsci.co.kr