고려대학교 보건과학대학 바이오의공학부 정아람 교수 연구팀은 분당 수백만 개 이상의 세포 속으로 다양한 나노물질(금 나노 입자, 기능성 나노 입자, 합성 생물분자, mRNA 등)을 전달할 수 있는 미세 유체 플랫폼(microfluidic platform)을 개발했다고 20일 밝혔다.

이 연구결과는 나노과학기술분야 세계 저명 학술지 ACS Nano에 2월 19일 온라인 게재에 이어 표지논문으로 선정됐다.

세포 속으로의 특정 물질 전달은 세포 기반인 생명공학, 그리고 의료 분야에서 꼭 필요한 실험 과정 중의 하나이다. 예를 들어 금 나노 입자는 생명공학에서 약물전달, 이미징, 바이오 센싱, 진단 등을 위해서 사용된다.

세포 내 물질 전달을 통한 세포공학 또는 세포기반의 치료의 연구 방향 모식도. /고려대학교 제공

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또 다른 예로 핵산(DNA, RNA, mRNA, siRNA)의 세포 내 전달을 통해 특정 유전자의 발현 또는 억제가 가능하고, 이를 이용해 암면역치료로의 CAR-T세포 변환이 이뤄진다. 또 최근 유전자 가위 물질(CRISPR-Cas9)을 세포 속으로 전달해 다양한 유전자 조작을 통한 질병 치료가 이루어진다.

이를 위해 현재는 보통 바이러스, 전기천공법(electroporation) 또는 양이온 지질(cation lipofection)등의 방법이 사용되고 있다. 하지만 이 방법들은 세포 안정성, 가격, 효율, 처리량 등에 한계가 있다.

이러한 문제점 해결을 위해, 정아람 교수팀은 아래 그림과 같이 미세관내에서 맴돌이 유동( spiral vortex)을 이용해 세포를 변형시키고 순간적으로 세포막을 열어 그 사이로 표적 물질을 효과적으로 전달하는 방법을 학계 최초로 보고했다. 이 연구는 십자형 미세관에서 유동이 발생한다는 점을 밝혀내면서 기존의 학설을 반증한 점에서 큰 의의가 있다.

기술의 가장 큰 특징으로는 높은 세포 처리량(분당 수백만개 이상의 세포처리), 표적 물질의 크기와 종류에 상관없이 높고 안정적인 전달 효율, 저렴한 플랫폼 가격, 그리고 비전문가도 특별한 교육 없이 사용가능한 접근성이 있다.

정아람 고려대 교수는 "더 나아가 세포 내 전달이 어려운 면역 세포와 줄기 세포로의 응용 연구를 현재 진행 중에 있으면 이미 좋은 결과를 얻었다. 이 플랫폼이 실질적으로 생명공학 및 세포기반 치료 연구자들이 직접 쓰일 수 있도록 사업화를 진행 중"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원으로 OIST(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University)의 에이미 신(Amy Shen) 교수, 서울시립대 최인희 교수와의 공동연구로 진행됐다.

황민규 기자(durchman@chosunbiz.com)

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