나노기술 및 정책 정보

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오스트리아의 빈 공과대학교(Vienna University of Technology) 연구팀이 우리 면역계의 T 세포가 활성화되면 분자 수준의 작은 견인력이 중요한 역할을 한다는 것을 연구하였음. 병원체를 확인하기 위해 매우 복잡한 과정이 우리 몸에서 지속적으로 일어남. 우리 면역계의 T 세포는 자물쇠의 열쇠와 같은 역할을 하는 항원을 찾기 위해 T 세포의 특정 수용체에 정확히 맞는 의심스러운 분자를 열심히 찾음. 이것은 T 세포를 활성화하고 면역 체계의 방어 메커니즘이 작동토록 하는 것임. 이 과정이 분자 수준에서 어떻게 일어나는지는 아직 잘 알려져 있지 않음. 그러나 이제 분명한 것은 화학적 작용이 항원을 T 세포에 도킹시키는 역할을 할 뿐만 아니라 미세 기계 효과도 중요함. 세포 표면의 서브 마이크로미터 구조는 미세한 인장 스프링처럼 작동함. 결과적으로 발생하는 작은 힘은 항원 인식에 매우 중요함. TU Wien에서는 이제 고도로 개발된 현미경 방법을 사용하여 이러한 힘을 직접 관찰할 수 있음. 물리학에 관한한 인간의 감각 기관은 완전히 다른 방식으로 작동함. 우리는 냄새를 맡을 수 있음. 즉 물질을 화학적으로 감지할 수 있고, 만질 수 있음. 즉, 우리에게 나타나는 기계적 저항으로 물체를 분류할 수 있음. T 세포와 유사함. 특정 분자의 특정 구조를 인식할 수 있지만 기계적 방식으로 항원을 '느끼는' 수도 있음. 연구팀은 T 세포에는 작은 털처럼 보이는 작은 구조인 소위 microvilli가 있음. 실험에서 알 수 있듯이 이러한 미세 융모가 물체와 접촉하면 놀라운 효과가 발생할 수 있음. 미세 융모는 연필을 잡고 구부러진 손가락처럼 물체를 둘러 쌀 수 있음. 그런 다음 손가락 모양의 돌출부가 결국 물체를 뒤집는 길쭉한 원통이 되도록 확대할 수도 있음. 나노 뉴턴보다 작은 정도의 힘이 이 과정에서 발생함. 1 나노 뉴턴은 직경이 1/2 밀리미터인 물방울이 가하는 중량에 해당함. 이러한 작은 힘을 측정하는 것은 어려운 일임. 특별하게 개발된 겔에 작은 테스트 비드와 함께 세포를 배치함으로써 성공했음. 비드는 T 세포가 반응하는 표면에 분자를 운반함. 이 겔이 비드에 작용하는 저항을 알고 비드가 T 세포 바로 근처에서 얼마나 멀리 움직이는 지를 정확히 측정한다면, T 세포와 비드 사이에 작용하는 힘을 계산할 수 있음. 이러한 미세한 힘과 미세 융모의 행동은 분자를 인식하여 면역 반응을 유발하는 데 중요 할 가능성이 높습니다. 단백질과 같은 생체 분자는 기계적 힘에 의해 변형되거나 결합이 단순히 당겨질 때 다른 거동을 보임. 이러한 메커니즘은 또한 항원 인식에 역할을 할 가능성이 높으며, 연구팀의 측정 방법을 사용하여 이제 처음으로 자세히 연구할 수 있게 되었음.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ (“Functionalized Bead Assay to Measure Three-dimensional Traction Forces during T-cell Activation”) 지에 게재됨