[전문기술] 카이스트에서 사람의 장기를 구성하는 세포와 유사한 기능을 하는 인공세포막에 적용할 수 있는 생체단백질과 비슷한 성질을 가진 금속 나노구조체를 개발

[전문기술] 카이스트에서 사람의 장기를 구성하는 세포와 유사한 기능을 하는 인공세포막에 적용할 수 있는 생체단백질과 비슷한 성질을 가진 금속 나노구조체를 개발

 

신소재공학과 장재범 교수와 김일두 교수가 이끄는 연구팀

카이스트(KAIST)는 신소재공학과 장재범·김일두 교수 연구팀이 생체 주형법을 이용해 세포외 기질을 구성하는 여러 단백질 중 특정 단백질을 선택해 해당 단백질 구조체를 모방한 금속 필름을 합성하고 전기 전달 특성을 확인하는 실험에 성공했다고 16일 밝혔다.

세포외 기질은 세포 밖에서 세포의 분화와 성장, 이동 등에 관여하고 있으며, 인체를 구성하는 각 장기들의 형태와 기능을 유지하는데도 큰 역할을 하고 있다.

이처럼 세포외 기질은 다양한 단백질들로 구성되어 있으며, 이를 이용하여 특정 모양으로 변환시키거나 최근에는 세포외 기질을 3D 프린팅에 활용하는 등의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이처럼 세포외 기질은 3D 프린팅 기술을 활용해 다양한 형태의 인공 조직 및 장기를 제작하는 데 사용할 수 있는 유용한 물질이지만, 아직까지는 이를 활용한 연구가 활발히 진행되지 않고 있다.

연구팀은 2022년 항체를 이용한 새로운 개념의 바이오 3D프린팅 기술인 ‘항체-활성제 결합 기반 세포-유래 나노입체구조체 제작기술’을 개발하여, 세계 최초로 다세포 생물 체내에서 발견되는 다양한 형태의 단백질 구조체를 모사한 금속 소재 구조체를 구현할 계획이다. 이번 연구에서는 기존의 연구를 바탕으로 세포 외 기질까지 범위를 넓혀 세포를 지지하는 역할을 하는 단백질인 피브로넥틴을 이용하여 그물형 금속 필름을 제작하였다.

연구팀은 여기서 그치지 않고,합성한 그물형 금속 필름에 별도의 공정을 더해금속을 이용한 전기 전도가 가능하도록 만들었습니다. 이 기술을 바탕으로 물을 전기분해하여 수소를 생산하거나, 수소와 금속 사이의 화학반응을 이용한 센서로도 활용할 수 있다.

이 기술을 이용하면 다양한 종류의 세포 외 기질을 만들 수 있을 뿐만 아니라, 더욱 복잡하고 거대한 구조물 제작도 가능해질 것으로 기대됩니다. 또한, 이 기술을 이용하면 다양한 모양의 세포외 기질을 만들 수 있기 때문에 이를 활용하여 전자회로를 만드는 것도 가능할 것으로 기대됩니다.

카이스트 신소재공학과 송창우 박사과정생과 안재완 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 10월 18일자로 온라인 공개됐으며, 전면 표지 논문(Front Cover)으로 선정됐다.

제1저자인 송창우 박사과정은 “이번 연구는 기존에 개발한 항체 유도 생체 형틀법을 세포외 기질로 확장함으로써 합성된 생체 모방 재료가 더 다양한 분야에 활용 가능하다는 것을 보였다”며 “이를 기반으로 조직 수준의 세포외 기질 및 원하는 형태로 변형된 세포외 기질을 이용해 조직 공학(Tissue engineering) 및 생체 조직 제조(Biofabrication)으로 활용 범주를 넓힐 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구는 한국연구재단이 주관하는 과학난제도전 융합연구개발사업, 웨어러블 플랫폼소재 기술센터, 우수신진연구사업 등의 지원을 받아 진행됐다.