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정아람 고려대 교수팀, 대용량·고효율의 ‘세포내 물질 전달’ 가능한 ‘바이오칩 개발!’


고려대학교 보건과학대학 바이오의공학부의 정아람 교수 연구팀은 분당 100만 개 이상의 세포 속으로 다양한 나노 물질(유전자 가위 물질, 핵산, 단백질, 플라스미드 등)을 넣을 수 있는 관성 미세유체 플랫폼(inertial microfluidic platform)을 개발했다.

이 연구는 국제 저명학술지 나노 레터스(Nano Letters, Impact factor = 12.71)에 지난 23일(금)자로 게재됐다.

세포 속으로의 물질 전달은 세포생물학 또는 세포공학의 가장 기본적인 실험 과정 중의 하나다. 예를 들어 유전자의 특정 DNA 부분을 제거하는 ‘유전자 편집(Genome Editing) 기술’ 즉, 유전자 가위 기술의 시작은 편집의 대상인 DNA의 상보적 염기를 지니는 RNA(gRNA)를 가진 ‘크피스퍼(CRISPR)’와 표적(target) 유전자를 찾아가 잘라내는 ‘카스-9(Cas-9)’라는 단백질 효소를 세포 속으로 전달하는 것이다. 이외에도 모든 생물학 실험실에서 거의 매일 이루어지는 ‘특정 유전자의 발현(gene expression)’ 또는 ‘억제(knockdown; gene silencing) 기술’ 또한 ‘핵산(siRNA 또는 shRNA)’이나 ‘프라스미드 (plasmid)’의 세포내 전달로 시작이 된다.  

이를 위해서 현재는 ‘바이러스’, ‘마이크로니들(microneedle)’, ‘전기천공(electroporation)’ 또는 ‘Lipofectamine(cationic lipid molecules)’을 이용하여 표적 물질들을 세포 속으로 전달하는데, 이 방법들은 안정성과 가격, 효율에 한계를 보인다. 이를 극복하기 위해서, 정아람 교수팀은 아래 그림과 같이 세포들을 벽과 충돌시켜 일시적으로 세포막 그리고 핵막에 나노(10억분의 1미터) 단위의 구멍을 만들고, 그 사이로 물질을 전달하는 방법을 학계 최초로 보고했다. 해당 기술의 큰 특징은 △높은 세포 처리량(분당 100만개 이상의 세포 처리) △높고 안정적인 효율(80~90%) △저렴한 플랫폼 가격(단가기준 개 당 50원 이하) △비전문가도 특별한 교육 없이 사용이 가능한 용이성이다.

정아람 교수는 “이 연구는 단순히 다양한 나노 물질의 효율적인 세포내 물질 전달에 대한 보고가 아니고 개발된 바이오칩이 실질적으로 생물학자들에 쉽게 사용될 수 있는 플랫폼의 개발을 보고한 것”이라며, “현재 많은 생물학자, 의학자들이 사용을 원하고 있어 랩에서 순차적으로 공급할 예정”이라고 이번 연구의 의의를 설명했다.

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