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연구성과

수학적 알고리즘으로 생체 반응의 숨겨진 코드를 풀다

원문링크

Nature Communications

지원사업

중견연구 지원사업

지원 기관

과학기술정보통신부

연구 기관

고려대학교

연구자

강희민,김초원,강나연

논문발표일

2024-12-27

조회수

1054

연구장비 상세내역
개요 한국연구재단(이사장 홍원화)은 강희민 교수(고려대학교) 연구팀이 수학적 알고리즘이 적용된 외부 자기장을 활용하여 리간드 연결성을 원격으로 조절하는 실시간 줄기세포 원격 제어 시스템을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 세포 부착성 리간드가 결합된 금 나노입자를 사용하여 리간드 네트워크 모델로, 다양한 이방성을 가진 자성 나노막대를 통해 리간드 네트워크의 연결성을 원격으로 조절하는 시스템이다.
연구 내용 연구팀은 자성으로 원격 조절 가능한 자성 나노막대를 다양한 이방성을 가지도록 합성하고, 세포부착성 리간드가 결합 된 금 나노입자 기반의 리간드 네트워크를 형성했다. 다양한 이방성을 가진 자성 나노막대는 리간드 네트워크 내의 리간드 클러스터 간의 연결을 방해하거나 증가시키는 역할을 하며, 이를 통해 리간드 클러스터 사이의 연결성을 조절하였다. 이후 자기장을 통해 자성 나노막대의 배치를 정렬 혹은 상승 상태로 변환하여 리간드 연결성을 가역적으로 조절함으로써 줄기세포의 부착과 기계적 신호전달 및 분화를 제어했다. 그래프 이론 기반 수학적 모델링을 적용한 시스템으로 리간드 연결성을 정량화하고, 조직 재생을 위한 줄기세포 거동의 조절 메커니즘을 밝혀낼 수 있었다. 이를 통해 자기장을 이용한 리간드 네트워크 내 리간드 연결성의 가역적 조절로 기존의 ECM 모사 소재 설계 연구의 한계를 극복하며, 리간드 연결성을 동적 조절함으로써 줄기세포의 접착과 분화를 원격 제어하는 시스템을 세계 최초로 개발하였다. 연구팀은 상기 시스템을 더욱 발전시켜 복잡한 3D 생체 환경에서도 안정적이고 정밀한 세포 행동 제어를 실현하고, 암세포와 면역세포까지 포함한 다양한 세포 유형의 맞춤형 제어 기술로 확장하겠다고 밝혔다. 이를 통해 재생 치료뿐만 아니라 개인화된 면역 치료와 암 치료에 활용 가능한 범용 플랫폼 개발을 추진할 계획이다.
기대효과 자기장을 활용하여 기존 광기반 시스템의 한계를 극복하고 조직 내 투과도가 높은 안전한 자극 기술을 제공함으로써, 세포 행동을 시공간적으로 정밀하게 제어하는 새로운 재생 치료 패러다임을 제시할 수 있다. 또한 바이오메디컬 연구와 차세대 의료 기술 개발에 폭넓은 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.