외부 동력 없이 스스로 작동하는 ‘세포로봇’ 나왔다

KAIST, 생체부산물 ‘요소’ 연료로 활용
효모 표면에 나노껍질 형성..스스로 움직여
암세포 표적 치료, 정밀 약물진단 등 적용

KAIST는 생체 부산물인 요소를 이용해 방향성을 갖고 스스로 이동하는 ‘자가 추진 세포로봇’을 개발했다. KAIST 제공

국내 연구진이 생체 부산물을 활용해 스스로 움직이는 세포로봇을 개발했다. 앞으로 몸 속에 약물을 정밀하게 전달하거나 세포 기반 치료법에 활용될 것으로 기대된다.

KAIST는 최인성 화학과 교수 연구팀이 외부 동력 장치나 복잡한 기계 구조 없이 생체 부산물인 ‘요소’를 연료로 사용하는 ‘자가 추진 세포로봇’을 개발했다고 30일 밝혔다.

전 세계적으로 마이크로·나노급 입자 기반 비(非) 생명체 자가 추진 로봇 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 세포 등 생명체를 직접 이용한 세포로봇 연구는 초기 단계에 머물러 있다.

연구팀은 생명체 스스로 물질을 만들어 내는 ‘효모’에 주목했다. 제빵과 막걸리 발효에 사용되는 효모(이스트)는 포도당을 분해해 에너지를 얻는 대사 과정에서 알코올(에탄올)을 부산물로 생성한다. 이 때 생성된 알코올을 활용해 효모 표면에 생체 친화적 방식으로 나노미터 두께의 껍질을 만들었다.

다양한 형태의 세포-껍질 구조체로부터 자가추진 세포로봇이 형성되는 도식. KAIST 제공

알코올 산화효소와 겨자무과 산화효소로 구성된 효소 시스템이 효모의 포도당 분해와 연계한 연쇄적 효소 반응을 유도해 멜라닌 계열의 나노껍질이 효모 표면에 형성되는 원리다. 효모가 성장하거나 분열하는 동안에도 나노껍질이 지속적으로 형성되도록 설계돼 세포의 형태 변화에 따라 세포-껍질 구조가 자연스럽게 생성된다.

연구팀은 세포를 감싼 나노 껍질에 요소 분해 효소인 우레아제를 부착하고, 세포 로봇의 움직임을 관찰했다. 우레아제는 요소를 분해하면서 세포 로봇이 스스로 움직일 수 있도록 구동력을 만들어 내는 핵심 역할을 수행한다.

개발된 세포 로봇은 방향성을 갖고 스스로 이동할 수 있다. 원하는 물질을 운반하거나 주변 환경 제어 기능을 탑재할 수 있다. 또한 세포 주위에 존재하는 물질만으로 자가 추진이 가능하고, 자석이나 레이저 등의 외부 제어 장치에 의존하지 않아 간단하고 생체 친화적이라고 연구팀은 설명했다.

연구 제1저자인 김나영 KAIST 박사과정은 “자가 추진 세포 로봇은 스스로 환경을 감지·반응하며 움직이는 능력을 지닌 새로운 개념의 플랫폼”이라며 “향후 암세포 표적 치료나 정밀 약물전달시스템 등에 활용될 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(지난 25일자)’ 온라인판에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr