고려대 연구팀, 세포에 분당 수백만 나노물질 전달하는 기술 개발

정아람 고려대학교 보건과학대학 바이오의공학부 교수 연구팀이 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 Nano(Impact factor = 13.903)에 2월 19일 표지논문으로 선정됐다.
 

정아람 고려대학교 보건과학대학 바이오의공학부교수.[사진=고려대학교 제공]

세포 속으로의 특정 물질 전달은 세포 기반인 생명공학, 그리고 의료 분야에서 꼭 필요한 실험 과정 중의 하나다. 예를 들어 금 나노 입자는 생명공학에서 약물전달, 이미징, 바이오 센싱, 진단 등을 위해서 사용된다. 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 이루어진다. 또한 최근 유전자 가위 물질(CRISPR-Cas9)을 세포 속으로 전달하여 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 spiral vortex 유동을 이용하여 세포를 변형시키고 순간적으로 세포막을 열어 그 사이로 표적 물질을 효과적으로 전달하는 방법을 학계 최초로 보고했다. 이 연구는 십자형 미세관에서 spiral vortex 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.

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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.

이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원으로 OIST(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University)의 에이미 센 교수, 서울시립대 최인희 교수와 공동연구로 진행됐다.