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이웃집과학자

목표 신체 조직에 줄기세포 전달하는 로봇 개발

By 이웃집과학자

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DGIST 연구팀이 원하는 신체 조직에 정밀하게 세포를 전달할 수 있는 줄기세포 전달용 스케폴드 마이크로로봇을 개발했습니다. 

DGSIT 연구팀이 줄기세포 전달용 마이크로로봇을 개발했다.

출처pixabay

이번 연구 성과는 정확한 양의 줄기세포 기반 치료세포를 신체조직 및 장기에 정밀하게 이식할 수 있어 퇴행성 신경계질환 치료 효율과 안전성을 높일 것으로 기대되는데요.


DGIST는 최홍수 로봇공학전공 교수팀이 김성원 서울성모병원 교수팀과 스위스취리히연방공대(ETH) 브래들리 넬슨(Bradley J. Nelson) 교수팀 등과 공동 연구를 통해 기존의 줄기세포 치료 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 '줄기세포 이송 및 이식이 가능한 스케폴드 마이크로로봇'을 개발했다고 전했습니다.

줄기세포치료는 난치성질환 치료를 위한 재생의학으로 각광받고 있는 치료방법입니다. 하지만 치료가 필요한 부위가 체내 깊숙한 곳이거나 주입 시 위험이 따르는 부위에 정확한 양의 줄기세포를 원하는 곳에 이송이 어렵다는 단점이 있는데요. 특히 체내 줄기세포 전달 과정에서 유실량이 많아 치료 효율 및 안전성이 낮다는 점과 치료 비용이 높다는 점이 한계로 지적돼왔습니다.

스케폴드 마이크로로봇 이미지 구형(Spherical)(좌) 나선형(Helical)(우).

출처DGIST

DGIST 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 3D레이저 리소그라피 공정으로 구형(Spherical)과 나선형(Helical) 2가지 형태의 스케폴드 마이크로로봇을 고안했습니다. 외부자기장을 이용한 무선제어방식으로 체내에서 세포 유실량을 최소화하면서 줄기세포를 빠르고 정밀하게 이송할 수 있는 것이 이번 연구의 가장 큰 성과입니다.


주목할 점은 기존의 마이크로로봇 연구들은 생리학적 환경이 아닌 정적인 외부 환경에서만 테스트를 한 반면 본 연구에서는 세계 최초로 마이크로로봇에 해마신경줄기세포를 직접 배양하고 이를 성상교세포, 희소돌기신경교, 뉴런 등과 같은 원하는 특정세포로 분화시켜 원하는 표적에 정밀하게 전달 및 이식에 성공했습니다.


체내 환경을 모사한 다중미세장기 연결망 내 마이크로로봇 이식 결과.

출처DGIST

연구팀은 이러한 성과를 얻기 위해 체내 생리학적 환경을 모사한 미세유체소자 세포배양 시스템인 바디온어칩(Body-on-a-chip; BoC) 내에서 마이크로로봇을 이용해 세포이송 및 이식과정을 보여줬습니다. 또 쥐의 뇌를 적출하여 마이크로로봇을 내경동맥에 주입 후 외부 자기장을 이용해 전대뇌동맥과 중간대뇌동맥으로 이송하는 데 성공했습니다.


특히 가톨릭대학교 서울성모병원 김성원 교수팀이 제공한 '사람 코 하비갑개 유래 줄기세포'를 마이크로로봇에 3차원으로 배양해 누드마우스 체내에서 성공적인 실험으로 이끌어 낸 것도 이번 공동 연구의 성과입니다.


쥐의 대뇌동맥과 중간대뇌동맥으로 마이크로로봇을 이송한 결과.

출처DGIST

최홍수 DGIST 로봇공학전공 교수는 "이번 연구 결과를 통해 기존의 줄기세포 치료 방법으로는 접근하기 어려웠던 알츠하이머와 같은 중추신경계 치료 효율 및 성공률을 높일 수 있을 것으로 기대한다"며 "앞으로도 지속적으로 병원 및 관련 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용될 수 있는 마이크로로봇 기반 정밀 치료 시스템을 개발하는 데 노력하겠다"고 말했습니다.   이번 연구 결과는 국제학술지 < Science Robotics >에 게재됐습니다. 



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