나노기술 및 정책 정보

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스위스의 바젤 대학교(University of Basel) 연구팀이 세포의 생화학 반응을 모방하기 위해 정밀하게 제어 가능한 시스템을 개발했음. 미세 유체 기술을 사용하여 원하는 특성을 갖춘 소형 폴리머 반응 용기를 생산함. 이 'Cell on a Chip'은 세포의 과정을 연구하는 것뿐만 아니라 화학 응용을 위한 새로운 합성 경로의 개발이나 의학의 생물학적 활성 물질 개발에 유용함. 생존, 성장 및 분열을 위해 세포는 연속되는 많은 반응을 촉매하는 다양한 효소에 의존함. 살아있는 세포의 복잡한 반응과정을 감안할 때 특정 효소가 언제 어떤 농도로 존재하고 최적 비율을 결정하는 것은 불가능함. 대신 연구자들은 이러한 과정을 연구하기 위해 더 작은 합성 시스템을 모델로 사용함. 이러한 합성 시스템은 살아있는 세포를 별도의 구획으로 세분화하는 것을 시뮬레이션함. 연구팀은 이러한 합성 시스템을 생산하기위한 새로운 전략을 개발했음. 소포로 알려진 다양한 합성 소형 반응 용기를 만드는 방법을 설명함. 이 용기는 전체적으로 세포 모델 역할을 함. 과거와 달리 이것은 소포의 자기 조립에 기반하지 않음. 잘 제어된 방식으로 효소가 적재된 소포를 생산하기 위해 효율적인 미세 유체 기술을 개발했음. 연구원들은 세포의 다른 구획에서와 같이 서로 영향을 주지 않고 다양한 생화학적 반응이 내부에서 일어날 수 있도록 서로 다른 소포의 크기와 구성을 조정했음. 원하는 소포를 제조하기 위해 다양한 구성 요소를 실리콘 유리 칩의 작은 채널에 공급함. 이 칩에서 모든 마이크로 채널은 교차점에서 함께 모임. 조건이 올바르게 구성되면 이 배열은 교차점에서 형성되는 균일한 크기의 폴리머 액적의 수성 에멀젼을 생성함. 소포의 고분자막은 외피 역할을 하며 수용액을 둘러싸고 있음. 생산 과정에서 소포는 다양한 효소 조합으로 채워짐. 이 기술은 몇 가지 주요 이점을 제공함. 새로 개발된 방법을 사용하면 맞춤형 소포를 생성하고 원하는 효소 조합을 정확하게 조정할 수 있음. 막에 통합된 단백질은 기공 역할을 하여 고분자 소포 안팎으로 화합물의 선택적 수송을 허용함. 기공 크기는 특정 분자 또는 이온만 통과할 수 있도록 설계되어 자연에서 서로 밀접하게 발생하는 세포 과정에 대한 별도의 연구를 가능하게 함. 새로운 시스템이 효소 반응 과정을 연구할 수 있는 훌륭한 토대를 제공한다는 것을 보여줌. 이러한 과정은 원하는 최종 제품의 생산을 늘리기 위해 최적화 될 수 있음. 또한, 이 기술을 통해 대사 질환에 영향을 미치거나 신체의 특정 약물의 반응에 영향을 미치는 특정 메커니즘을 조사할 수 있음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ (“Combinatorial Strategy for Studying Biochemical Pathways in Double Emulsion Templated Cell‐Sized Compartments”) 지에 게재됨