나노기술 및 정책 정보

• 목록

브라운 대학교 연구진이 개발한 새로운 기술은 생물학적 조직 형성 및 성장 과정에서 세포 수준에 관련된 힘을 보여줌. 이 기술은 이러한 과정이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하고 환경 독소 또는 약물 요법에 어떻게 반응할 수 있는지 연구하는 데 유용할 수 있음.

이 기술은 조직 형성 세포의 실험실 배양에 배치할 수 있는 고도로 순응성 있는 폴리머 재료로 만든 세포 크기의 구체를 사용함. 조직 형성 과정이 진행됨에 따라 형광 염료로 염색된 구체의 현미경 영상은 주변 세포의 압력에 의해 변형되는 정도를 보여줌. 그런 다음 계산 알고리즘은 이 변형을 사용하여 해당 세포 미세 환경에서 작용하는 힘을 계산함.

기계적 힘이 조직 형성 및 발달에 중요한 자극이라는 것을 알고 있지만 실제로 이러한 힘을 측정하는 것은 매우 어려우며, 연구진이 개발한 이러한 구체는 동일한 샘플에서 시간이 지남에 따라 이러한 힘을 측정하는데 매우 민감한 기술을 제공함.

구체는 폴리 아크릴 아미드라고 하는 폴리머로 만들어짐. 구체는 새로 형성되는 조직의 거동에 명백한 영향을 미치지 않으며 폴리 아크릴 아미드 재료는 매우 일관되고 조정 가능한 기계적 특성을 가지고 있어 세포력에 노출될 때 구체를 측정 가능하게 변형할 수 있을 만큼 충분히 부드럽게 만들 수 있다고 함.

이것의 핵심은 매우 정밀한 모양과 미세 조정되고 균일한 기계적 강도를 가진 고도로 제어된 재료를 사용하는 것이며, 구체의 특성을 알고 있다면 모양이 어떻게 변하는지 사진을 찍고 이러한 변화를 만드는 데 필요한 힘을 제거할 수 있다고 함.

개념 증명으로 연구진은 줄기세포가 함께 모여 결국 조직 특정 세포 유형으로 분화하는 과정인 중간 엽 응축과 관련된 힘을 측정하기 위해 일련의 실험을 수행함. 이 과정은 치아, 뼈, 연골 및 기타 조직 형성의 핵심임.

본 연구는 우리가 연골을 성장시키고 싶다면 이 세포들이 서로에게 작용하는 힘의 유형을 아는 것에 도움이 될 것이며, 그 이유는 힘 프로파일과 일치하거나 보완하는 외부 힘을 적용할 수 있기 때문임. 또한, 본 연구를 통해 환경 독소의 영향을 테스트하기 위한 선별 약물로 활용하거나 조직 공학에도 유용할 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Biomaterials ("Force sensors for measuring microenvironmental forces during mesenchymal condensation")에 게제됨.