KAIST, 스스로 움직이는 생체친화적 '세포로봇' 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 화학과 최인성 교수 연구팀이 외부 동력 장치나 복잡한 기계 구조 없이 생체 부산물인 '요소(urea)'를 연료로 사용하는 자가 추진 세포로봇을 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀이 구현한 세포로봇은 방향성을 갖고 스스로 이동할 수 있으며 원하는 물질을 운반하거나 주변 환경 제어 기능을 탑재할 수 있는 다기능성 플랫폼으로 설계됐다.

연구팀은 쉽고 안정적으로 얻을 수 있는 생명체이면서 부산물로 생성된 에탄올 활용 가능성이 있고 인공적인 복잡한 외부 장치 없이 생명체 스스로 만들어내는 물질을 활용할 수 있는 효모(이스트)에 주목했다.

효모는 포도당을 분해하는 과정에서 알코올(에탄올)을 생성한다. 연구팀은 이때 생성된 에탄올을 활용해 효모 표면에 생체친화적인 방식의 나노 껍질을 활성화하는 원천기술을 개발했다.

이를 위해 알코올산화효소(AOx)와 겨자무과산화효소(HRP)로 구성된 효소 시스템을 도입했다. 이 효소 시스템은 효모의 포도당 분해 반응과 연계된 연쇄적 효소 반응을 유도하며 그 결과로 멜라닌 계열의 나노껍질이 효모 표면에 형성된다.

연구팀은 나노껍질에 요소를 분해해 암모니아와 이산화탄소를 만드는 효소 우레아제(urease)를 부착한 세포로봇을 만들고 움직임을 관찰했다.

우레아제가 요소를 분해하는 촉매 역할을 하며 세포로봇이 스스로 움직일 수 있도록 구동력을 만들어내 비대칭 구조를 가진 세포로봇이 보다 명확한 방향성을 갖고 자가 추진하는 현상을 확인했다.

이번에 개발된 세포로봇은 세포 주위에 존재하는 물질만으로 자가 추진이 가능하고 자석이나 레이저 등 복잡한 외부 제어 장치에 의존하지 않아 구동 메커니즘이 훨씬 간단하고 생체친화적이다. 또 나노껍질에 다양한 효소를 화학적으로 접합할 수 있어 다양한 생체 물질을 연료로 활용하는 세포로봇의 확장 개발도 가능하다.

이번 연구 제1 저자인 화학과 김나영 박사과정은 "자가 추진 세포로봇은 스스로 환경을 감지하고 반응하며 움직이는 능력을 지닌 새로운 개념의 플랫폼"이라며 "향후 암세포 표적 치료나 정밀 약물전달시스템 등에서 중요한 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr