줄기세포 배달하는 마이크로로봇 대량 제작 기술 개발

DGIST, "줄기세포 전달 등 재생 의학 효율 제고 기대"

몸 속 원하는 위치에 줄기세포를 실어나른 후 녹아 없어지는 의료용 마이크로로봇의 생산 효율을 크게 높인 기술이 나왔다.  

DGIST(총장 국양)는 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수팀이 가톨릭대학교 서울 성모병원 김성원 교수팀, 스위스취리히연방공대 브래들리 넬슨 교수팀과 공동연구를 통해 체내 분해 가능한 마이크로로봇을 분당 100개 이상 제작하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 

연구진은 앞서 자성나노입자를 가진 마이크로로봇을 외부에서 자기장으로 구동하는 기술을 개발한 바 있다. 그러나 레이저 프린터로 나노미터 단위의 구조체를 만드는 방법이라 로봇 하나 제작에 수십 분에서 수 시간이 걸리는 문제가 있었다. 또 자성나노입자 농도가 높으면 공정 결과가 균일하지 않기 때문에, 농도를 낮춰야 해 로봇의 추진력도 약했다. 

미세 유체 칩을 이용한 마이크로로봇의 대량 제작 방법 (위)과 제작한 마이크로로봇의 외부 자기장 (자석) 에 의한 반응 (아래) (자료=DGIST)

최홍수 교수 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 생분해성을 띄며 빛에 닿으면 경화가 일어나는 젤라틴 메타크릴레이트와 자성나노입자 혼합물을 미세 유체 칩 내부에 흘려보내는 제조법을 개발했다. 이 방법을 쓰면 마이크로로봇을 기존보다 1만배 빠른 분당 100여개 이상 제작할 수 있다. 

이렇게 만든 마이크로로봇을 사람 코에서 채취한 줄기세포와 함께 배양해 로봇 표면에 줄기세포가 붙게 했다. 내부에 포함된 자성나노입자가 외부 자기장에 반응해 움직이기 때문에 원하는 위치로 이동하도록 실시간 제어할 수 있다. 

또 마이크로로봇은 분해효소와 함께 배양하자 6시간 만에 분해됐고, 줄기세포는 마이크로로봇이 녹은 위치에서 증식했다. 줄기세포는 이후 신경세포로 정상 분화했고, 전기 신호를 발생하는 등 신경세포 전달체 역할을 제대로 함을 검증했다. 

최홍수 교수는 "마이크로로봇의 대량 제작, 전자기장에 의한 정밀 구동, 줄기 세포 전달 및 분화 등 본 연구를 통해 개발된 기술이 향후 표적 정밀 치료의 효율을 획기적으로 높일 수 있을 것"이라고 기대했다. 

이번 연구 결과는 학술지 '스몰 (Small)'에 게재됐으며, 과학난제도전협력지원단, 한국연구재단 및 과학기술정보통신부의 지원으로 수행됐다.