통증·온도 느끼는 세포 신호 제어하는 '전기 스위치'

왼쪽부터 KAIST 박지민 교수, 이명은 박사과정, 이재웅 박사과정, 김지한 교수. KAIST 제공

국내 연구진이 전기 신호만으로 세포 속 신호물질을 정밀하게 생성·조절하는 ‘바이오전기합성 플랫폼’을 개발했다. 신호 분자를 마치 전기 스위치처럼 켜고 끌 수 있어 향후 전자약과 맞춤형 세포치료 등 차세대 의료기술로 확장 가능성이 크다.

KAIST는 박지민, 김지한 생명화학공학과 교수 공동연구팀이 일산화질소(NO)와 암모니아(NH₃) 등 불안정하거나 기체 상태로 존재하는 생체 신호물질을 전기 자극만으로 원하는 시점에 선택적으로 합성하고 세포 반응의 시작·지속·종료 시점을 제어하는 기반 기술을 구현했다고 11일 밝혔다.

연구팀은 질산염(Nitrite, NO₂⁻)이 다른 물질로 변하는 원리를 응용해 하나의 전구체로 두 가지 신호물질을 선택 생산하는 전기 기반 기술을 구현했다. 구리·몰리브덴·황으로 구성된 촉매(Cu₂MoS₄)를 사용해 암모니아 생성에 유리하도록 만들었다. 여기에 철을 포함한 촉매(FeCuMoS₄)를 적용해 일산화질소가 더 잘 생성되도록 설계했다. 전기화학 실험과 시뮬레이션 결과 철 성분이 일산화질소와 강하게 결합해 생성 선택성을 높인다는 사실이 확인됐다.

이렇게 만들어진 기반 기술을 활용해 각각 통증·온도를 감지하는 'TRPV1'과 수소 이온농도(pH) 변화를 감지하는 'OTOP1' 이온 채널을 전기 신호로 작동시키는 데 성공했다. 전압 세기와 작동 시간을 조절해 세포 반응 범위와 타이밍을 자유롭게 설정하는 것이 확인됐다.

박지민 교수는 “전기만으로 다양한 신호물질을 생산해 세포를 정밀하게 조절할 수 있다는 점에서 의미가 크다”며 “신경계, 대사질환 등 전자약 개발로의 응용 가능성도 높다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 '앙게반테 케미'에 지난달 8일 게재됐다. 온라인판은 4일 공개됐다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1002/ange.202508192

[박정연 기자 hesse@donga.com]