Electrospinning/Electrospray

나노기술을 이용하여 살아있는 세포의 기능성을 높이는 방법 연구

작성자
nanonc
작성일
2015-10-06 07:12
조회
3171
제목 [러시아] 나노기술을 이용하여 살아있는 세포의 기능성을 높이는 방법 연구
발행기관 해외과학 기술 동향 주제분류 나노소자
발행일자 2012-05-30 조회수 8
출처 URL http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=25399.php
원문

동향분석

살아있는 세포나 작은 미생물에 나노물질을 코팅하여 세포나 미생물의 기능성을 증가시키는 새로운 기술이 개발되었다. 러시아 연구진은 세포의 표면에 나노입자나 폴리머를 부착하는 방식으로 세포의 기능성을 향상시키는데 성공했다. 이번 기술은 이러한 처리 후에도 세포나 미생물이 신진대사를 그대로 유지한다는데 그 의의가 있다.

기능성 물질을 나노층으로 코팅함으로써 새로운 구조와 기능성을 제공하도록 살아있는 세포를 변형시키는 것은 생체나노기술 연구에서 인기 있는 연구분야이다. 유전적인 조절 기술과는 대조적으로, 세포의 기능성은 세포 표면에 폴리머 또는 나노입자를 부착함으로써 간단하게 변형시킬 수 있다.

ACS Nano의 2012년 5월 21일 온라인 판에 게재된 이번 연구결과는 이런 분야에서 가장 관심을 보이고 있고 유망한 연구를 다루었다. 카잔 연방 대학(Kazan Federal University)의 연구진은 살아있는 세포 위에 나노입자와 나노튜브의 위치를 지정하는 방법을 향상하는 집중적으로 조사했다. 큰 세포가 세포질을 통과할 수 있는 수백만 개의 나노입자로 코팅되고 이것들이 결국 세포를 죽인다고 상상해보자. 확실한 것은 세포들은 살아남을 수 없는 희생 템플릿으로만 사용될 수 있었다는 사실이다. 이와는 대조적으로, 이번 연구진은 세포와의 결합을 위해서 적층식(Layer-by-Layer) 기술을 이용했고 결국 세포는 치료 후에도 여전히 살아 있었다.

캡슐화시킬 수 있는 적층식 방법은 다양이온(polycation)과 다음이온(polyanion)의 연속적인 적층을 기반으로 하는데, 이로 인해서 정전기적 상호작용이 발생한다. 처음에는 평면 박막이 생성되고 그 후에 생물학적 세포를 포함하는 콜로이드의 캡슐화가 이루어졌다. 연구진은 이런 간단한 캡슐화 기술이 동시에 많은 생물학적 세포들을 처리할 수 있다는 것을 보여주었다.

쉘(shell)은 폴리머, 단백질, 나노입자의 나노크기 층으로 구성되어 있다. 이런 캡슐들은 온도, pH, 투과성, 구조적 안정성 등과 같은 성질을 제어할 수 있다. 이런 표면 기능성 세포들은 본래의 성질들을 향상시키거나 변화시킬 수 있다. 이런 제조 방법을 사용해서, 과학자들은 더 큰 3차원 블록 속에 기능성 세포를 쉽게 조립할 수 있거나 패턴이 형성된 표면 위에 그들을 고정시킬 수 있다. 또 다른 적용 분야로 코팅을 사용한 영양소의 캡슐화를 들 수 있다. 또 다른 예로 세포 전달과 치료를 위한 면역 시스템을 적층식으로 코팅해서 보호하는 것을 들 수 있다.

또 다른 중요한 분야는 나노입자로 살아있는 세포를 기능화시키는 것이다. 고분자전해질(Polyelectrolytes)은 생물학적 세포에 나노입자의 부착을 촉진시키는데, 이것은 샌드위치와 같은 고분자전해질/나노입자 코팅을 안정화사키고 세포질 속의 세포벽을 통과하는 나노입자의 내재화를 억제한다.

적층식 프로세스 동안, 20-60 nm 두께의 유연한 히드로젤(hydrogel)과 같은 코팅은 살아있는 세포 위에 조립되었는데, 이것은 세포벽과 닮은 인공 구조를 만들었다. 독성학적 연구로 인간 세포의 세포 멤브레인이 세포 외 폴리머 다층의 증착에 의해서 영향을 받을 수 있다는 것이 증명되었다.

과학자들은 다양이온의 독성이 세포 멤브레인과의 정전기적 상호작용에 의해서 발생될 수 있다고 가정했는데, 이것은 기공 형성과 이후의 세포 사멸을 불러온다. 이런 문제를 해결하기 위해서, 생체 적합성 천연 재료인 고분자 전해질, 다당류, 폴리아미노산, DNA, 폴리페놀이 캡슐화된 쉘의 생존 능력을 향상시킬 목적으로 적층되었다. 기능성 세포들은 세포 공학에서 생체흡착, 생체센서 등과 같은 수많은 분야에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

폴리머로 변형된 세포의 장점은 서로 다른 특성들을 결합시킬 수 있다는 것이다. 기능성 나노입자와 나노장치들은 다층 쉘 속에 삽입될 수 있는데, 이것은 복합물 쉘의 기능성을 약화시킬 수 있다. 그러나 변형된 세포는 마이크로템플릿으로 활용될 뿐만 아니라 증식 등의 본래의 기능성을 가진다.

가장 중요한 결과들은 자기(磁氣) 세포에서 달성될 수 있었다. 예를 들어, 연구진은 인간 세포의 자기(磁氣) 기능화가 간단한 자석을 사용해서 세포를 조절함으로써 생성시킬 수 있다는 것을 최근에 증명했다. 가장 중요한 점은 코팅이 살아있는 세포의 활동하는 시기를 정확하게 제어하고 더 스마트한 코팅을 준비하는 것이라고 연구진은 믿고 있는데, 이것은 세포 간의 이동을 제어할 수 있어서 다른 세포와 교류할 수 있게 한다. 이 연구결과는 저널 ACS Nano에 "`Face-Lifting` and `Make-Up` for Microorganisms: Layer-by-Layer Polyelectrolyte Nanocoating"으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nn301776y).

그림. 나노코팅된 효모 세포로 만들어진 인공 3차원 다세포 클러스터.


키워드 : 기능성, 나노기술, 세포

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