“약물 전달하면 스스로 분해” 마이크로 의료로봇 대량생산길 열렸다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리 몸 속에서 줄기세포 및 약물을 정해진 목표에 정확하게 전달한 뒤 자연 분해돼 사라지는 마이크로 로봇을 대량생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수팀은 가톨릭대학교 서울 성모병원 김성원 교수팀, 스위스취리히연방공대 브래들리 넬슨 교수팀과 공동연구를 통해 체내에서 분해 가능한 마이크로로봇을 분당 100개 이상 제작하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

최소 침습적 표적 정밀 치료를 목표로 하는 마이크로로봇은 다양한 방법으로 제작이 가능하지만, 그 중 두 개의 레이저를 합성수지에서 교차시켜 중합반응을 일으키는 방식인 이광자 중합이라는 초미세 3D 프린팅 기술이 가장 많이 사용되고 있다. 이 기술을 통해서는 나노미터 단위의 정밀도를 가진 구조체를 만들 수 있지만 하나의 마이크로로봇을 만드는데 오랜 시간이 소요된다는 단점이 있다.

최홍수 교수 연구팀은 기존 마이크로로봇 제작 방법의 한계를 극복하기 위해 생분해성 재료이며, 빛에 의해 경화가 가능한 물질과 자성나노입자의 혼합물을 미세 유체 칩 내부에 흘려보내어 마이크로로봇을 분당 100여개 이상의 높은 속도로 제작할 수 있는 방법을 개발했다. 이는 기존의 마이크로로봇 제작 방법인 이광자 중합을 이용했을 때 보다 10000배 이상 빠른 속도다.

이 기술로 제작된 마이크로로봇을 사람의 코에서 채취한 줄기세포와 함께 배양해 마이크로로봇 표면에 줄기세포가 부착되도록 유도했다. 이러한 과정으로 내부에는 자성나노입자가 포함되어 있고, 외부 표면에는 줄기세포가 부착된 줄기세포 담지 마이크로로봇을 제작했다. 로봇은 내부에 포함된 자성나노입자가 외부 자기장(자석, 전자기장 등)에 반응하여 이동하며, 원하는 위치로 이동하게 할 수 있다.

기존 줄기세포 치료법의 경우 세포의 선택적인 전달이 어려웠으나, 줄기세포 담지 마이크로로봇은 전자기장 제어 시스템으로부터 발생하는 자기장을 실시간으로 제어하여 원하는 위치로 이동하는 것이 가능하다. 연구팀은 줄기세포 담지 마이크로로봇이 미로 형태의 마이크로 채널을 통과하여 목표 지점에 도달하는 것이 가능한지 실험을 진행, 그 결과 연구팀이 원하는 위치로 이동시킬 수 있음을 확인했다.

또한 줄기세포가 부착된 마이크로로봇을 분해효소와 함께 배양하여 로봇의 분해성을 평가했다. 배양 6시간 후, 마이크로로봇이 완전히 분해되었고, 로봇 내부에 들어있던 자성나노입자는 자기장 제어 시스템으로부터 발생한 자기장에 의해 수거됐다. 줄기세포는 마이크로로봇이 녹은 위치에서 증식됐다. 이후 줄기세포가 정상 분화함을 확인하기 위하여 신경 세포로 분화가 되도록 유도했고, 약 21일 후 신경세포로 분화 하는 것을 확인했다.

최홍수 교수는 “마이크로로봇의 대량 제작, 전자기장에 의한 정밀 구동, 줄기 세포 전달 및 분화 등 이번 연구를 통해 개발된 기술이 향후 표적 정밀 치료의 효율을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.

과학난제도전협력지원단, 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘스몰’ 6월 23일 게재됐다.