DGIST(대구경북과학기술원, 총장 국양)는 화학물리학과 김철기 교수 연구팀이 단일 세포의 물리적 특성에 따라 세포 상호작용 분석이 가능한 다중 세포 클러스터링 플랫폼을 개발했다고 26일(화) 밝혔다. 세포 엔지니어링을 비롯한 개인별 맞춤형 약물개발 등의 차세대 바이오 의약품 연구에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
생물체를 구성하는 세포는 크기, 형태, 단백질 수치 등 생물리학적 특징에 각각 차이가 있다. 세포 간 이질성 연구는 세포 생물학, 면역학, 신경학 등의 분야에서 풀지 못한 다양한 문제를 해결할 수 있는 열쇠다. 이러한 연구를 위해 필요한 것이 ‘다중 세포 클러스터링 기술’인데, 이는 단일 세포 수준에서의 이질적인 특성에 따라 정교한 분리 기술과 원하는 세포간의 조합을 만들어 낼 수 있는 기술이다. 기존의 세포 클러스터링 기술들은 세포의 물리적 변수에 따른 단일 세포의 유연한 조작이 어려우며 프로그래밍된 자동화 시스템 구축에 한계가 있었다.
이에 DGIST 김철기 교수 연구팀은 자기를 띤 물체가 나타내는 미세한 패턴과 자기장 제어를 통해 단일 세포의 위치를 정밀하게 제어하면서, 세포의 크기 및 개수의 변수를 제어하여 다양한 세포 클러스터링을 형성할 수 있는 시스템 개발에 성공했다. 연구팀이 개발한 세포 클러스팅 플랫폼은 단일 세포 단위의 프로그램화된 제어와 다중 세포의 병렬 제어가 가능한 자기영동 회로 기술을 도입함으로 다중 세포를 단일 세포 단위로 제어할 수 있으며, 세포의 크기 및 개수의 두 변수를 조절하여 원하는 세포 클러스터링을 형성할 수 있다.
▲ DGIST 화학물리학과 김철기 교수(가운데)와 연구진
또한, 김철기 교수팀은 개발한 세포 클러스터링 기술을 활용해 미세 자석의 형태를 변경하는 것만으로도 단일세포의 물리적 특성에 따라 제어 및 분리를 할 수 있는 디바이스를 개발했다. 또한, 분리 소자와 기존의 전류 인가 소자를 통합하여 크기 및 개수를 프로그램화시켜 제어할 수 있는 세포 클러스터링 플랫폼을 구현하였다. 이 플랫폼을 활용해 면역 세포와 암세포의 크기와 개수에 따라 다양한 클러스터링 조합을 성공적으로 형성했다.
DGIST 화학물리학과 김철기 교수는 “이는 단순히 단일 세포를 정밀 제어하는 것을 넘어서, 단일 세포가 가지는 물리적 특성을 기반으로 목적에 따라 원하는 세포 간의 조합을 만들어 낼 수 있는 새로운 플랫폼이다.”며 “자성 회로 기반의 다중 세포 클러스터링 플랫폼은 세포 단위 진단, 단일 세포 규모의 연구와 면역항암제 개발, 신약 개발을 위한 약물 스크리닝, 환자 맞춤형 표적 치료제 개발과 같은 차세대 치료법 연구 등의 응용 분야에 활용 수 있다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 DGIST 화학물리학과 윤종환?강유민 석박사통합과정생의 주도로 진행됐으며, 결과는 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced science)’에 2021년 12월 15일 온라인판에, 2022년 2월 24일 표지 논문으로 각각 게재됐다. 또한, 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 선도연구센터인 자성기반 라이프케어 연구센터의 지원을 받아 진행됐다.
