“세포가 스스로 움직였다”…KAIST, 외부 동력 없이 자가 추진 ‘세포 로봇’ 개발

작성일 06-30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">최인성 KAIST 화학과 교수 연구팀<br>효모 대사 부산물로 만든 나노 껍질과 요소 연료 기반<br>정밀 약물 전달·암 치료용 차세대 세포 플랫폼 기대</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="YYUcwvg2yi">
          <p contents-hash="f245a1d73e7c5f8634e8452f3c60f6b0eadaab20e2f237bc7d3fdcc748b33d45" dmcf-pid="GGukrTaVTJ" dmcf-ptype="general"> [이데일리 김범준 기자] 국내 연구진이 세포 기반 시스템의 자율적으로 이동하는 ‘세포 로봇’을 개발하는 데 성공했다. 향후 정밀 약물 전달이나 차세대 세포 기반 치료법의 원천 기술로 활용될 수 있을 전망이다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ad2a061c57aacd498772dd8e8f4fa1c0c8363b9cbd3b6feb7938e811afcc757e" dmcf-pid="HH7EmyNfWd" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="비대칭적인 세포-껍질 구조를 지닌 ‘세포 로봇’의 요소 용액 내 자가 추진 이동양상을 시간에 따라 관찰한 공초점 현미경 영상 10배속 모습. 시간이 경과함에 따라(우상단, 초 단위 표시) 껍질이 형성되지 않은 딸세포 쪽이 이동 방향의 앞을 향하며 전진하는 모습을 보인다.(영상=카이스트)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202506/30/Edaily/20250630155409713gdps.gif" data-org-width="1080" dmcf-mid="yZpADSo9yL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://t1.daumcdn.net/news/202506/30/Edaily/20250630155409713gdps.gif" width="1080"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            비대칭적인 세포-껍질 구조를 지닌 ‘세포 로봇’의 요소 용액 내 자가 추진 이동양상을 시간에 따라 관찰한 공초점 현미경 영상 10배속 모습. 시간이 경과함에 따라(우상단, 초 단위 표시) 껍질이 형성되지 않은 딸세포 쪽이 이동 방향의 앞을 향하며 전진하는 모습을 보인다.(영상=카이스트)
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="943f557a125da1e6c9971d58e8c368afa9aa4a9eb10ea7f170d129e64bb2d011" dmcf-pid="XXzDsWj4Ce" dmcf-ptype="general">
           한국과학기술원(KAIST)은 최인성 화학과 교수 연구팀이 외부 동력 장치나 복잡한 기계 구조 없이, 생체 부산물인 ‘요소(urea)’를 연료로 사용하는 자가 추진 세포 로봇을 개발했다고 30일 밝혔다. 방향성을 갖고 스스로 이동할 수 있으며, 원하는 물질을 운반하거나 주변 환경 제어 기능을 탑재할 수 있는 다기능성 플랫폼으로 설계됐다.
          </div>
          <p contents-hash="249e5134d106b18f6a40faeb10ef8ea23ee3a3fa1d8af7d622aea8a6f297c24f" dmcf-pid="ZZqwOYA8yR" dmcf-ptype="general">요소는 사람을 포함한 대부분의 동물 체내에서 단백질을 분해하면서 생기는 노폐물로, 생명체 안에서는 단백질 대사 과정에서 암모니아를 독성이 낮은 형태로 전환해 배출하는 역할을 한다. 카이스트 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(yeast)에 주목했다.</p>
          <p contents-hash="709e657c75f4a6f0b5e9213c11bce62450d04756dc47c65f159d0735373645a7" dmcf-pid="5qQyHUhLvM" dmcf-ptype="general">제빵과 막걸리 발효에 사용되는 효모는 포도당을 분해해 에너지를 얻는 대사 과정에서 알코올(에탄올)을 부산물로 생성한다. 연구팀은 이때 생성된 에탄올을 활용해 효모 표면에 생체 친화적인 방식으로 나노 껍질을 형성할 수 있는 원천기술을 개발했다.</p>
          <p contents-hash="d576823f68d726359bd4e1d23c512699f108ea275fde9e04ba07c40aa0229a04" dmcf-pid="1BxWXuloSx" dmcf-ptype="general">이를 위해 알코올산화효소(AOx)와 겨자무과산화효소(HRP)로 구성된 효소 시스템을 도입했다. 이 시스템은 효모의 포도당 분해 반응과 연계된 연쇄적 효소 반응을 유도하며, 그 결과로 멜라닌 계열의 나노 껍질이 효모 표면에 형성된다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f57f215c64a833e129302d70fc6e606e53b0c6f0432434d18440a32ac6b2fbd4" dmcf-pid="tbMYZ7SghQ" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="다양한 형태의 세포-껍질 구조체로부터 자가 추진 세포 로봇의 형성 과정을 보여주는 도식. 세포대사 연계형 자율적 단일세포나노피포화(SCNE) 과정에서는 효모가 분열하는 동안에도 나노껍질 형성이 지속적으로 일어나 세포 형태 변화에 따른 비대칭적인 세포-껍질 구조가 생성된다. 효모의 표면에 형성된 멜라닌 계열의 껍질에 우레아제를 부착하면 요소를 연료로 해 움직이는 자가 추진 세포 로봇을 형성할 수 있다. 우레아제는 요소를 이산화탄소와 암모니아로 분해하며 이들의 물속 이동속도 차이가 세포 주변에 전기장을 형성해 세포 로봇의 움직임을 유도한다.(사진=카이스트)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202506/30/Edaily/20250630155411603awfo.jpg" data-org-width="572" dmcf-mid="WKc7bQ3Ihn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202506/30/Edaily/20250630155411603awfo.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            다양한 형태의 세포-껍질 구조체로부터 자가 추진 세포 로봇의 형성 과정을 보여주는 도식. 세포대사 연계형 자율적 단일세포나노피포화(SCNE) 과정에서는 효모가 분열하는 동안에도 나노껍질 형성이 지속적으로 일어나 세포 형태 변화에 따른 비대칭적인 세포-껍질 구조가 생성된다. 효모의 표면에 형성된 멜라닌 계열의 껍질에 우레아제를 부착하면 요소를 연료로 해 움직이는 자가 추진 세포 로봇을 형성할 수 있다. 우레아제는 요소를 이산화탄소와 암모니아로 분해하며 이들의 물속 이동속도 차이가 세포 주변에 전기장을 형성해 세포 로봇의 움직임을 유도한다.(사진=카이스트)
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          <div contents-hash="bc1b8a718c00fc9d108e9b5960d92182bb3829e3294fbf058b483742225b678a" dmcf-pid="FKRG5zvaWP" dmcf-ptype="general">
           이번에 개발한 화학적 방법론은 효모가 성장하고 분열하는 동안에도 나노 껍질 형성이 지속적으로 일어나도록 설계돼 있어, 세포의 형태 변화에 따라 비대칭적인 세포-껍질 구조가 자연스럽게 생성된다. 연구팀은 세포를 감싸는 나노 껍질에 우레아제(urease·요소 분해 효소)를 부착하고 세포 로봇의 움직임을 관찰했다.
          </div>
          <p contents-hash="35ff3c49805e82d11bdddce79e41e411aeaf28bc73eacbc715335999117caab0" dmcf-pid="39eH1qTNT6" dmcf-ptype="general">그 결과 비대칭 구조를 가진 세포 로봇이 보다 명확한 방향성을 가지고 주위에 존재하는 물질만으로 자가 추진하는 현상을 확인했다. 자석이나 레이저 등 복잡한 외부 제어 장치에 의존하지 않아 구동 메커니즘이 훨씬 간단하고 생체친화적이라는 설명이다. 나노 껍질에 다양한 효소를 화학적으로 접합할 수 있어 다양한 생체 물질을 연료로 활용하는 세포 로봇의 확장 개발도 가능하다.</p>
          <p contents-hash="81edc2864cac85b52ca4f18312ae1eca10a0560e5c7835a5e6d824a5714afb75" dmcf-pid="02dXtByjS8" dmcf-ptype="general">이번 연구 제1 저자 김나영 카이스트 화학과 박사과정은 “자가 추진 세포 로봇은 스스로 환경을 감지하고 반응하며 움직이는 능력을 지닌 새로운 개념의 플랫폼”이라며 “향후 암세포 표적 치료나 정밀 약물 전달 시스템 등에서 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="e6ebbf560cd1f692975a2ce3539f509d9a09b7e2ece2860b4c902a4f7832ae8f" dmcf-pid="pVJZFbWAy4" dmcf-ptype="general">이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업 중견연구과제 지원을 받아 수행됐다. 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 6월 25일(미국 동부시각) 온라인판에도 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="c76a0f8da14f14d480056bbd60009d957434209cf64637e8a63e32acfbc3639f" dmcf-pid="Ufi53KYcvf" dmcf-ptype="general">김범준 (yolo@edaily.co.kr) </p>
         </section> 
        </div> 
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