나노구슬기판 위 신경세포 발달촉진 현상 규명

최인성 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 나노구슬기판 위 신경세포의 발달촉진 현상을 규명했다.

미래창조과학부는 최인성 KAIST 화학과 교수, 남윤기 바이오및뇌공학과 교수, 이진석 숙명여대 화학과 교수 연구팀이 나노구슬이 배열된 굴곡이 있는 기판 위에서 자라는 신경세포의 발달가속화 현상의 원인을 규명했다고 31일 밝혔다.

연구는 신경세포가 표면지형을 인지하는 원리를 새롭게 제시해 향후 신경세포의 발달조절을 통한 나노기술의 의공학적 응용가능성을 높일 것으로 기대된다.

신경세포 발달가속화는 신경세포가 표면의 물리․화학적 특성에 따라 다르게 발달하는 가운데 신경돌기의 생성 및 성장이 매우 빠르게 일어나는 현상으로 연구팀이 2010년과 2012년 두 차례에 걸쳐 표지논문을 통해 신경세포가 일반 기판보다 배열된 구슬모양의 나노지형을 갖는 기판 위에서 더 빠르게 발달함을 보고한 바 있다.

이번 연구결과는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업, 중견연구자지원사업, 미래유망융합기술파이오니어사업, 나노소재원천기술개발사업 등의 지원으로 수행돼 연구결과는 하버드대 강경태 박사와 숙명여대 화학과 윤서영 연구원을 공동 제1저자로 해 화학분야 국제학술지 앙게반테 케미지 5일자 온라인판에 표지논문으로 발표됐다.

신경세포의 성장을 제어할 수 있게 되면 신경재생 및 신경보철 등으로 응용할 수 있어 화학, 의공학, 전자공학 등 분야에서 신경세포와 인공표면 간의 인터페이스에 대한 융합연구가 활발하지만 표면의 물리적 구조가 신경세포 발달에 미치는 영향은 아직 알려지지 않았다.

연구팀은 크기를 달리하는 실리카 나노구슬이 정렬된 기판 위에서 신경세포를 배양한 결과 구슬의 크기가 200nm 이상에서 1㎛까지 커질수록 신경세포의 축색돌기가 더 길게 자라는 것을 알아냈다.

이는 표면의 요철이 심할수록 신경세포가 더욱 빠르게 자란다는 사실을 밝혀 신경세포와 배양환경과의 상호작용에 대한 실마리를 제공한 것으로 향후 신경세포 발달조절은 물론 신경재생, 신경보철 및 인공생체회로 등을 위한 기반기술로 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 이러한 표면의 굴곡이 세포골격을 유지하는 역할을 하는 액틴의 활성화를 도와 발달가속화 현상이 일어나는 과정을 알아냈다.

구슬이 커질수록 사이에 매달리는 신경돌기의 부분이 커지고 결과적으로 자라나는 신경돌기 끝에 더 많은 중력이 작용하면서 액틴이 사슬을 형성하는 것을 촉진시킨다는 것이다.

연구팀은 기존 논문을 통해 신경세포의 발달가속화를 위해 나노지형의 굴곡이 200㎚ 이상이어야 하고 세포골격 단백질 액틴이 중요한 역할을 할 것이라고 예측한 바 있다.