한국과학기술연구원 김소연 박사와 공동연구
저강도 초음파가 세포질에 물리적 변화 일으켜
"새로운 세포 자극 기술로 활용 가능해"
경희대 생체의공학과 박기주 교수(왼쪽)와 한국과학기술연구원 화학생명융합연구센터 김소연 박사. (사진=경희대 제공) *재판매 및 DB 금지
[서울=뉴시스]이주영 인턴 기자 = 경희대 생체의공학과 박기주 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 화학생명융합연구센터 김소연 박사 공동 연구팀이 초음파가 세포질 환경에 직접 영향을 미친다는 사실을 발견했고, 이를 활용해 특정 생화학 반응의 제어도 가능하다는 결과를 밝혔다고 1일 전했다.
연구팀은 공초점 현미경 기반의 살아있는 세포 이미징 실험을 통해 저강도 초음파가 세포질의 물리적 성질을 변화키는 현상을 세계 최초로 발견했고, 원인으로 초음파에 의해 생성되는 음향 방사력, 음향 유동, 산란을 지목했다. 해당 연구는 국제학술지 'Ultrasonics Sonochemistry(IF=8.4, JCR 상위 1.6%)'에 게재됐다.
저강도 펄스형 초음파나 저강도 집속 초음파는 낮은 강도의 초음파 에너지를 활용해 세포를 비침습적으로 자극하는 초음파 기술이다. 골절 치료나 연조직의 재생, 염증 반응 억제, 신경 조절 등을 일으켜 치료 효과를 얻는 방법으로 다양한 분야에서 활용되지만 정확한 작용 원리는 규명되지 않았다.
공동 연구팀은 초음파가 점탄성 유체의 성질을 갖는 세포질 속에서 전파되며 생화학 반응을 일으키는 생체고분자들의 확산에 직접 영향을 미칠 것이란 새로운 가설을 세웠고, 이를 살아있는 세포 이미징 실험을 통해 검증했다.
경희대학교 생체의공학과 박기주 교수, 한국과학기술연구원 화학생명융합연구센터 김소연 박사 공동 연구팀이 저강도 초음파가 세포질의 물리적 성질을 변화시키는 현상을 세계 최초로 발견했다고 1일 밝혔다. 사진은 초음파 자극 메커니즘의 개념도. (사진=경희대 제공) *재판매 및 DB 금지
골육종과 자궁경부암 세포를 이용해 다양한 초음파 자극에 따른 세포질 내부의 생체고분자의 확산 변화와 핵세포질간 수송 계수를 광퇴색후형광측정을 통해 초음파 자극을 전반부, 중반부, 후반부에 측정했다.
그 결과 초음파에 의해 세포질에 존재하는 생체고분자들의 확산이 증가함을 확인했다. 초음파 압력이 높으면 높을수록, 고분자 크기가 크면 클수록 그 확산이 빨라졌다. 또한 핵세포질간수송도 증가했다.
박교수는 "초음파 조건에 따라 생체고분자의 운동성 제어가 가능하다"며 "특정 세포 과정을 활성화하거나 특정 세포 신호 경로를 유발할 수 있는 새로운 세포 자극 기술로 개발할 수 있다"고 활용 방안을 밝혔다.
김박사는 "이러한 기술을 보다 정교하게 조절할 수 있다면 줄기세포나 노화세포 같은 특정 세포의 운명이나 기능을 제어하는 기술로 응용 가능할 것"이라 말했다.
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