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최명철·최시영 KAIST 교수, 크고 안정적인 인공세포막 최초 개발암·치매 등 질병연구의 새로운 바탕 마련 의의
이연희 기자  |  bluepress@unn.net
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승인 2017.01.02  11:02:55  
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▲ 최명철 KAIST 교수

[한국대학신문 이연희 기자] 한국연구재단(이사장 조무제)은 KAIST의 최명철·최시영 교수 공동연구팀이 안정적이면서 큰 면적을 가지는 인공세포막을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

세포막은 세포와 세포 외부 사이의 경계를 이루는 막이다. 물질 수송 및 신호 전달 등의 기능을 수행한다. 세포막에 이상이 생기면 암, 치매 등 질병이 발생하게 된다.

세포막은 수많은 요소들이 복잡하게 얽혀 있고, 수 나노미터의 두께로 매우 얇기 때문에 안정적으로 만들기가 어렵다. 하지만 인공세포막은 텅빈 집에 가구를 하나씩 들여놓듯이 원하는 요소만을 배치하여 관찰하고 조절할 수 있다.

연구팀의 개발 이전에는 인공세포막이 구조적으로 매우 불안정해 형성과정에서 붕괴돼 버리거나 오랫동안 유지되지 못해 활발히 사용될 수 없었다. 연구팀은 큰 면적이면서 안정적인 인공세포막 개발에 성공했다.

인공세포막은 세포막을 이루고 있는 지방에 인산기가 결합된 분자인 인지질로 구성된 단일막을 물방울에 씌운 뒤, 이 물방울을 평평한 물 표면에 있는 다른 단일막에 가져감으로써 두 단일막이 합쳐져 세포막과 같은 구조인 이중막 구조가 만들어지게 했다.

이 과정에서 연구팀은 물방울들이 기름 속에서 합쳐지지 않고 잘 떠다닐 수 있게 해 주는 계면활성제를 안정제로 사용함으로써 물방울이 평평한 물 표면에 합쳐지지 않도록 해 인공세포막의 안정성을 획기적으로 높일 수 있었다. 이로 인해 계면활성제가 인공세포막에 섞여 들어갈 경우 인공세포막의 물성이 달리질 수 있지만, 연구팀은 이 계면활성제가 인공세포막의 생성 이후 자연히 빠져나온다는 사실을 밝혔다. 

   
▲ (그림 1) 안정적인 대면적 인공세포막을 형성하기 위한 방법에 대한 모식도. (a) 인지질 단일막이 코팅된 물방울을 평평한 유기용제/물 계면에 있는 인지질 단일막에 가져가면, (b) 두 단일막 사이의 유기용제가 빠져나가면서 두 단일막이 합쳐져 이중막이 형성됨. (c) 이후 두 단일막의 협착으로 이중막에서 SPAN 80이 빠져나오게 되고, (d) 결과적으로 대면적의 안정적인 인지질 이중막이 유기용제가 끼어있지 않은 상태로 만들어짐. (e) 이 과정을 현미경을 통해 실제로 촬영한 사진.

또한 기존 연구에 비해서 비약적으로 넓은 수 밀리미터에 달하는 대면적의 인공세포막을 형성하는 데에 성공했다. 이는 인공세포막을 현미경으로 직접 관찰할 수 있게끔 하였다는 것에서 큰 의미를 가진다. 개발된 인공세포막은 유기용제와 같은 불순물이 끼어 있지 않은 순수한 상태라는 것을 확인했다.

최명철 교수는 “이 연구성과는 안정적으로 대면적의 인공세포막을 만들 수 있는 기술을 개발한 것이다. 인공세포막의 부재로 인해 할 수 없었던 많은 연구를 수행할 수 있게 됨에 따라 암, 치매를 비롯한 질병연구의 바탕인 새로운 플랫폼을 제공하게 된 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구성과는 미래창조과학부와 한국연구재단의 기초연구사업(개인연구)의 지원으로 수행됐다. 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 12월 16일자에 게재됐다.

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