액체 방울 제조 기술로 '인공세포' 만들었다

포스텍

이효민 포스텍 화학공학과 교수(왼쪽)와 서한진 통합과정생. 포스텍 제공.

생명체의 가장 기본적인 생명 단위인 ‘세포’의 기능과 특징을 재현한 ‘인공세포 구조체’가 개발됐다. 자연세포를 대체할 수 있는 인공세포 활용 가능성을 높였다. 

포스텍은 이효민 화학공학과 교수, 서한진 통합과정생 연구팀이 미세유체기술을 활용해 선택적 분자 투과도를 가진 양친매성 고분자 막 기반 인공세포 구조체를 개발해 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 발표했다고 31일 밝혔다. 

세포 내 요소들은 고도화된 네트워크를 통해 상호유기적으로 연결돼 있다. 세포 안팎에서 일어나는 여러 화학반응을 개별적으로 이해하기는 거의 불가능하다. 세포의 가장 기본적인 기능과 특징을 재현한 인공세포 시스템으로 세포에 대한 이해를 높이고 있지만 현재 기술로는 세포막 등을 정교하게 만드는 데 한계가 있다. 세포 내에서 일어나는 반응들을 정확하게 재현하기 어렵다는 것이다. 

연구팀은 ‘드롭릿 기술’이라는 미세유체기술을 이용했다. 마이크로미터 규모에서 액체 방울을 정교하게 제조하는 드롭릿 기술을 토대로 양친매성 고분자가 스스로 자기조립되도록 유도해 마이크로미터 규모의 폴리머좀을 합성했다. 

연구팀이 합성한 폴리머좀은 고분자의 양친매성 성질을 이용해 리포좀 대비 기계적인 안정성이 높은 이중층 단일막을 형성했다. 고분자의 종류를 달리해 다양한 막 투과도를 가진 폴리머좀을 만드는 데도 성공했다.
 
이를 바탕으로 연구팀은 막 투과도가 서로 다른 두 종류의 폴리머좀을 합성해 세포 안팎의 여러 생화학적 반응을 재현하는 모델을 만들었다. 연구팀의 모델은 외부에서 주입하는 기질에 따라 다양한 생화학 반응들을 구현해냈다. 

외부에서 주입하는 기질에 따라 코아세르베이트 구조가 형성되거나 분해되고 경쟁적 효소 반응으로 코아세르베이트 구조가 스스로 형성되고 분해되도록 설계하는 데도 성공했다. 코아세르베이트는 정전기적 인력으로 결합해 형성되는 농출된 액체 방울을 의미한다. 

연구팀의 인공세포 시스템은 기존 시스템보다 효소 반응을 정밀하게 제어할 수 있어 실제 세포 공동체 시스템과 보다 유사한 특징을 보였다.  

이 교수는 ”여러 생화학적 반응을 시공간적으로 조절할 수 있는 다기능성 플랫폼을 만들었다“며 연구의 의의를 밝혔다. 연구팀은 향후 다양한 재료를 활용해 외부 자극에 능동적으로 막 투과도를 조절할 수 있는 인공세포 구조체를 구현할 수 있길 바란다고도 덧붙였다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]