수학적 모델링을 활용해 세포 행동을 조절하는 기술이 개발됐다. 세포 정밀 제어와 의료 기술에 적용함으로써 나노소재를 활용한 재생의학 등 차세대 의료 기술개발 가능성을 열 것으로 기대된다.
한국연구재단은 강희민 고려대 교수 연구팀이 수학적 알고리즘이 적용된 외부 자기장을 활용해 리간드(단백질 내 세포 부착을 매개하는 물질) 연결성을 원격으로 조절하는 실시간 줄기세포 원격 제어 시스템을 개발했다고 23일 밝혔다.
세포외기질(ECM)은 세포 행동을 조절하는 복잡한 네트워크 구조로 조직 재생과 세포 기능 유지에 핵심적 역할을 한다. ECM 네트워크 동적 재구성과 연결성을 체계적으로 분석하고 조절하는 것은 조직 재생과 질병 치료에서 중요한 과제다. 다만 기존 연구로는 실제 ECM 네트워크의 동적인 특성을 모사하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 세포 부착성 리간드가 결합한 금 나노입자를 사용해 리간드 네트워크 모델을 제작하고, 다양한 이방성을 가진 자성 나노막대를 통해 리간드 네트워크 연결성을 조절하는 원격 제어 시스템을 개발했다.
자기장을 통해 자성 나노막대 배치를 정렬 혹은 상승 상태로 변환해 리간드 연결성을 가역적으로 조절하고, 이를 통해 줄기세포 부착과 기계적 신호전달, 분화를 제어했다.
이는 그래프 이론 기반 수학적 모델링을 적용한 시스템으로, 리간드 연결성을 정량화하고 조직 재생을 위한 줄기세포 거동의 조절 메커니즘을 밝혀낼 수 있었다.
강희민 교수는 “줄기세포 행동을 원격으로 제어하는 혁신적 시스템을 통해 맞춤형 재생 치료와 조직 재생 연구에 새로운 가능성을 제시했다는 데 의의가 있다”며 “자성 나노막대 생체 내 안전성과 실시간 제어 특성을 활용해 다양한 세포의 정밀 제어 및 의료 기술에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 23일 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
