미세 방울로 실제 세포 닮은 ‘인공 세포’ 만들었다

포스텍, 세포의 생화학적 반응 재현하는 인공세포 구조체 개발

이효민 포스텍 화학공학과 교수 연구진은 미세유체기술을 활용해 특정 분자를 선택적으로 투과할 수 있는 인공세포 구조체를 개발했다. 연구진은 반응을 통해 유기물이 모인 액체 방울인 '코아세르베이트(사진)' 구조를 만들었다./위키미디어

국내 연구진이 세포의 기본적인 기능과 특징을 재현한 인공세포(Artificial cell) 구조체를 만드는 데 성공했다. 세포 안팎에서 일어나는 여러 화학반응을 개별적으로 이해하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

이효민 포스텍 화학공학과 교수 연구진은 미세유체기술을 활용해 특정 분자를 선택적으로 투과할 수 있는 인공세포 구조체를 개발했다고 31일 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 온라인판에 지난 4월 16일 게재됐다.

세포(Cell)는 생명체의 가장 기본적인 생명 단위다. 세포 내 요소들은 고도화된 네트워크를 통해 상호유기적으로 연결돼 있다. 현재 기술로는 세포막 같은 요소를 포함한 정교한 인공세포 시스템을 만드는 데 한계가 있었다. 세포 내에서 일어나는 반응들도 시공간적으로 정확하게 재현하기 어려웠다.

연구진은 문제를 해결하기 위해 ‘드롭릿(droplet) 기술’이라는 미세 유체 기술을 이용했다. ㎛(마이크로미터, 100만분의 1m) 규모에서 액체 방울을 정교하게 제조하는 기술이다. 연구진은 드롭릿 기술을 이용해 물과 기름에 모두 친화적인 고분자가 스스로 자기조립 되도록 유도했다. 그 결과 세포 내 소포와 비슷한 ㎛ 크기의 폴리머좀(Polymersome)을 합성하는 데 성공했다.

폴리머좀은 지질을 이용해 만든 소포체인 리포솜(Liposome)에 비해 안정성이 높은 막을 형성했다. 연구진은 고분자의 종류를 달리해 다양한 막 투과도를 가진 폴리머좀을 만들었다.

이를 바탕으로 연구진은 막 투과도가 서로 다른 두 종류의 폴리머좀을 합성해 세포의 생화학적 반응을 재현하는 모델을 만들었다. 폴리머좀은 외부에서 주입하는 반응물에 따라 ‘코아세르베이트(Coacervate)’ 구조가 형성되거나 분해됐다. 코아세르베이트는 여러 유기물이 모인 액체 방울 형태의 무생물을 말한다. 아메바와 같은 미생물 세포를 닮아 생명체 전 단계로 여겨진다.

연구진은 효소 반응으로 코아세르베이트 구조가 스스로 형성되고 분해되도록 설계하는 데도 성공했다. 기존 시스템보다 효소 반응을 더 정밀하게 제어해 실제 세포 공동체 시스템과 유사한 인공세포 시스템을 만든 것이다.

이효민 교수는 “여러 생화학적 반응을 시공간적으로 조절할 수 있는 다기능성 플랫폼을 만들었다”며 이번 연구의 의의를 밝혔다. 서한진 포스텍 화학공학과 통합과정생은 “앞으로 다양한 재료를 활용해 외부 자극에 능동적으로 막 투과도를 조절할 수 있는 인공세포 구조체를 구현하고 싶다”는 포부를 전했다.

참고 자료

Advanced Science(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202305760

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