살아있는 조직에서 3차원 형체 만든다

생체 발달 복잡성을 공학적 원리로 분석해 다양한 모양 생성

포유류의 조직은 복잡하게 감싸지거나 접힌 모양들이 많다. 이 같은 여러 모양의 조직들을 매우 간단한 지침을 통해 재현할 수 있다는 연구가 소개됐다.

미국 캘리포니아대(샌프란시스코) 생명공학자들은 쥐나 인체의 활성 세포를 세포 외 기질 섬유의 얇은 층에 기계적으로 정형화함으로써 살아있는 조직으로부터 그릇이나 코일, 잔물결 모양 등을 만들어낼 수 있다고 과학저널 ‘발달 세포’(Developmental Cell) 28일자에 발표했다.

연구팀에 따르면 세포들은 예측 가능한 방식으로 스스로를 감싸거나 접기 위해 이 같은 섬유 그물망을 통해 기계적으로 공동작업을 수행함으로써 자연적인 발달과정을 모방하는 것으로 나타났다. 이번 연구 결과는 인체 조직공학에 새로운 탐구 영역을 제공할 것으로 기대된다.

연구진이 살아있는 조직으로 만든 여러 가지 모양들. 쥐와 인체의 기계적 활성 세포를 세포 외 섬유조직의 얇은 층에 정형화해 그릇이나 코일, 잔물결 모양들을 만들었다.   CREDIT: Alex Hughes

연구진이 살아있는 조직으로 만든 여러 가지 모양들. 쥐와 인체의 기계적 활성 세포를 세포 외 섬유조직의 얇은 층에 정형화해 그릇이나 코일, 잔물결 모양들을 만들었다. CREDIT: Alex Hughes

생물 발달분야도 공학적 접근 대상

논문 시니어 저자인 캘리포니아대 세포 구성 센터 제브 가트너(Zev Gartner) 교수는 “생물의 발달분야가 이제 공학이 접근할 수 있는 새로운 캔버스가 되기 시작하고, 발달의 복잡성을 단순한 엔지니어링 원리로 분해해냄으로써 과학자들은 기본 생물학을 더 잘 이해하고 궁극적으로 제어하기 시작했다”고 말했다. 그는 “이번의 경우에 조직 형태의 변화를 촉진하는 활성 세포의 본질적인 능력이 복잡하고 기능적인 합성 조직을 만드는 환상적인 토대가 되었다”고 덧붙였다.

실험실에서는 이미 3D 프린팅이나 미세 몰딩을 이용해 조직공학용 3D 형태들을 창출하지만, 최종 결과물을 보면 종종 발달프로그램에 따라 성장해야 하는 조직의 핵심 특징들이 빠지는 수가 있다. 가트너 교수 연구실에서는 ‘DNA가 프로그램된 세포 조립(DNA-programmed assembly of cells: DPAC)’이라고 불리는 정밀 3D 셀-패터닝 기술을 사용해 조직의 초기 공간 템플릿을 설정한 다음, 신체에서 조직이 발달하는 동안 스스로 계층적으로 조립되는 방식처럼 복잡한 모양이 만들어지도록 했다.

그림으로 본 연구 내용 축약. CREDIT: Developmental Cell

그림으로 본 연구 내용 축약. CREDIT: Developmental Cell

“의도한 모양의 살아있는 구조물 구축 가능”

논문 제1저자인 알렉스 휴즈(Alex Hughes) 박사후 과정 연구원은 “우리는 자연 발달과정을 공학적 원리로 분석해 생체 조직을 이해하고 이를 다른 용도로 구축하는 것이 가능하다는 사실을 알기 시작했다”며, “이것은 조직공학에서 완전히 새로운 시각”이라고 설명했다.

가트너 교수는 “연구 아이디어가 현실화되고 세포들이 단순하게 행동하는 것을 보고 놀랐다”며, “이번에 조직 발달의 확고한 디자인 원리를 발표하면서 우리는 조직공학의 관점에서 볼 때 이 원리를 응용해 상상할 수 있는 수많은 일들을 해낼 수 있다”고 말했다. 그는 “알렉스 박사가 우리의 단순한 모델이 예측한 것과 매우 근접한 방식으로 모양이 변형된 살아있는 구조물을 만들 수 있었다”고 덧붙였다.

가트너 교수팀은 현재 조직의 변형(folding)을 제어하는 발달 프로그램을 조직의 정형화(patterning)를 조절하는 다른 프로그램과 접합시킬 수 있는지를 모색하고 있다. 아울러 배아 발달의 특정 단계들을 살펴봄으로써 생체 내에서 조직의 모양이 만들어지는 동안 일어나는 기계적 변화에 반응해 세포들이 어떻게 분화하는지도 탐구해 볼 예정이다.

(3220)

뉴스레터 구독신청
태그(Tag)

전체 댓글 (0)

과학백과사전