DGIST-ETH 연구팀, 줄기세포 전달용 마이크로로봇 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 원하는 신체조직에 정밀하게 세포를 전달할 수 있는 줄기세포 전달용 마이크로로봇이 개발됐다.

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

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수팀은 서울성모병원, 스위스취리히연방공대(ETH)와의 공동연구를 통해 기존의 줄기세포 치료 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 ‘스케폴드 마이크로로봇’을 개발했다고 9일 밝혔다.

줄기세포치료는 난치성질환 치료를 위한 재생의학으로 각광받고 있는 치료방법이다. 하지만 체내 깊숙한 곳이나 주입 시 위험이 따르는 부위에 정확한 양의 줄기세포를 전달하기 어렵다. 특히 전달 과정에서 유실량이 많아 치료효율 및 안전성이 낮고 비용이 높다는 점이 한계로 지적돼 왔다.

연구팀이 개발한 마이크로로봇은 외부자기장을 이용한 무선제어방식으로 체내에서 세포 유실량을 최소화하면서 줄기세포를 빠르고 정밀하게 이송할 수 있는 것이 특징이다.

미세전자기계시스템(MEMS) 기술을 기반으로 한 3차원 레이저 리소그라피 공정으로 마이크로미터 크기의 초미세 3D 구조물을 제작하고, 외부 무선 자기장을 이용해 체내에서 구동이 가능하도록 자성물질 및 생체적합 물질을 코팅했다.

구조물은 세포 지지체 및 세포 캐리어 역할을 위해 스케폴드(다공성 구조체) 형태로 설계하고, 몸 속에서 높은 추진효율을 가질 수 있도록 구형과 나선형으로 만들었다.

이번 연구에서는 특히 세계 최초로 마이크로로봇에 해마신경줄기세포를 직접 배양해 이를 성상교세포, 희소돌기신경교, 뉴런과 같은 특정세포로 분화시키는 데 성공했다.

체내 생리학적 환경을 모사한 미세유체소자 세포배양 시스템인 바디온어칩(Body-on-a-chip; BoC)내에서 세포가 배양된 마이크로로봇을 원하는 표적에 정밀하게 이동시키고 세포를 이식하는 것을 확인했으며 쥐를 대상으로 한 실험에서도 정확한 작동에 성공했다.

연구팀은 "임상 치료 적용 및 상용화를 위해서는 더욱 다양한 생리학적 환경에서의 구동 등 종합적인 연구 개발이 필요하지만 이번 연구를 통해 체내외 다양한 생리학적 환경에서 줄기세포를 정밀하게 전달할 수 있음을 보여줌으로써 상용화 가능성을 보여주었다"고 설명했다.

최홍수 교수는 “이번 연구결과를 통해 기존의 줄기세포 치료 방법으로는 접근하기 어려웠던 알츠하이머와 같은 중추신경계 치료 효율 및 성공률을 높일 수 있을 것으로 기대한다”며 “후속 연구를 통해 실제 의료 현장에서 활용될 수 있는 마이크로로봇 기반 정밀치료시스템을 개발하는데 노력하겠다”고 말했다.

이 연구는 DGIST-ETH 마이크로로봇 연구센터 김진영 선임연구원, 뇌‧인지과학전공 유성운 교수팀 및 문제일 교수팀, 서울성모병원 김성원 교수팀, 스위스취리히연방공대(ETH) 브래들리 넬슨 교수팀이 참여했으며 연구 결과는 ‘사이언스 로보틱스’ 5월 30일자에 게재됐다. (논문명 : Magnetically actuated microrobots as a platform for stem cell transplantation)

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