천진우 교수 공동 연구팀, 세포의 운명 조절할 수 있는 나노기술 개발해

신경세포 증진, 암 전이 억제 등 효과 기대

캘리포니아 주립대와 공동연구로 ‘셀’에 결과 발표

우리가 언어를 통해 의사를 전달하고 조율하는 것과 같이 세포도 특별한 커뮤니케이션 생체분자를 이용하여 서로 신호를 교환한다. 그렇다면 세포간의 커뮤니케이션을 우리가 원하는 대로 시공간적으로 조절하는 것이 과연 가능할까?

이러한 문제를 풀기 위해 최근 우리 대학교와 캘리포니아 주립대학(UCSF) 국제공동연구팀은 나노기술과 유전자기술을 접목시켜 ‘메카노-제네틱스(Mechanogenetics)’라는 방법을 고안해냈다. 연구를 주도한 전영욱 교수(UCSF, Y-IBS과학원 나노의학연구단 객원교수), Z. Gartner 교수(UCSF) 및 천진우 교수 공동연구팀은 세포간 커뮤니케이션을 단일분자 수준에서 조절할 수 있는 본 기술을 개발해 생물분야 최고 권위의 학술지 셀(Cell)에 발표했다.

메카노-제네틱스란 자성나노입자를 사용해 세포 표면의 커뮤니케이션 분자를 기계적 힘(피코 뉴톤 수준)으로 자극시킴으로써 세포 신호 전달을 조절하는 기술이다. 즉, 나노입자는 세포의 커뮤니케이션 분자의 구조를 변화시켜 세포를 활성화시키는 원리를 이용한다.

국제공동연구팀은 이 기술을 이용하여 생체의 대표적 커뮤니케이션 분자인 노치(Notch) 및 상피캐드히린(E-cadherin) 수용체의 세포 표면에서의 작동원리를 밝혀냈다. 나아가 이 기술이 우리가 원하는 시공간에서 세포의 활성을 단일세포 수준까지 조절하는 데 이용할 수 있음을 보여주었다.

본 기술은 다양한 분야에 활용되어 향후 생명과학 및 의학적 응용에 도움을 줄 것으로 예상된다. 예컨대, 노치 및 상피캐드히린 수용체는 생체의 정상적인 발달/분화, 면역세포의 활성화, 암 전이에 있어 매우 중요한 역할을 담당하는 단백질로서 메카노-제네틱스 나노기술은 관련한 다양한 분야에 응용될 것으로 기대된다.

한편, Y-IBS과학원 나노의학연구단은 나노과학을 기반으로 생명현상을 탐구하며 궁극적으로 미래의학의 새로운 개념과 플랫폼 구축을 목표로 하고 있다.

[그림 1] 자성나노입자를 이용한 고정확·고정밀 세포 신호 조절. 메카노-제네틱스 기술은 원하는 국소부위에만 세포자극(자기장에 의한 기계적 힘)이 가능하여, 단일 세포 수준에서 세포간 신호전달, 분화 및 이동을 조절할 수 있다.