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살아있는 세포를 나노모터로 조종한다 ?




 사상 처음으로 살아 있는 세포안에 나노모터를 집어넣어서 인간이 원하는 방향으로 조작할 수 있는 기술이 개발되었다고 펜실베니아 주립대학 (Penn State University) 의 과학자들이 발표했습니다. 지금까지 다양한 나노모터들이 실험되고 있기는 하지만 살아 있는 세포안에서 작동하는 것은 처음이라는 것이 펜실베니아 주립 대학 물리 및 재료  화학부 교수 톰 말록 (Tom Mallouk, Evan Pugh Professor of Materials Chemistry and Physics at Penn State) 과 그의 동료 연구자들의 설명입니다. 



(살아있는 HeLa 세포 안에 들어 있는 3 ㎛ 크기의 금 - 루테늄 나노 모터. 크기로 봤을 때는 사실 나노 모터라기 보단 마이크로 모터라고 불러야 할 듯  Optical microscope image of a HeLa cell containing several gold-ruthenium nanomotors. Arrows indicate the trajectories of the nanomotors, and the solid white line shows propulsion. Near the center of the image, a spindle of several nanomotors is spinning. Inset: Electron micrograph of a gold-ruthenium nanomotor. The scattering of sound waves from the two ends results in propulsion. Credit: Mallouk lab, Penn State University) 


 말록 교수에 의하면 이 나노모터의 혁신적인 점은 세포에 독성을 지닌 연료를 사용하지 않아도 된다는 점입니다. 초기 나노 모터들은 이 문제 때문에 실제 살아있는 세포안에 주입해서 세포를 원하는 방향으로 조작할 수 없었습니다. 말록 교수와 프랑스 물리학자인 마우리시오 호요스 (Mauricio Hoyos) 는 특이하게도 초음파 (ultrasonic waves) 를 이용해서 외부에서 힘을 가해 나노 모터를 원하는 방향으로 이동시키는 기술을 개발했습니다. 이 금 - 루테늄 나노모터 (라기 보단 사실은 막대) 를 살아있는 세포 안에 주입하면 세포를 원하는 조작할 수 있게 됩니다. (아래 영상 참조) 





(나노로드와 헬라 세포 사이의 작용. The interaction between gold nanorods and HeLa cells in acoustic fields showing strong attachment. Videos play at original speed, and were taken under 500X overall magnification in dark field.  Credit: Mallouk Lab, Penn State University)




(나노모터와 결합되어 움직이는 헬라 세포.   The assembly of a rotating HeLa cell/gold rod aggregate at an acoustic nodal line in the xy plane. The video was taken under 500X overall magnification except for 00:23 - 00:32 and 01:16 - 01:42, where a 200X overall magnification was used. Credit: Mallouk Lab, Penn State University)



(세포 안에서 움직이는 나노모터 A demonstration of very active gold nanorods internalized inside HeLa cells in an acoustic field. This video was taken under 1000X magnification in the bright field, with most of the incoming light blocked at the aperture. Credit: Mallouk Lab, Penn State University.) 


 이 나노모터는 기본적으로 초음파를 이용해서 정렬시킬 수 있지만 그외에도 자기장을 이용해서 더 세밀하게 이동할 수 있습니다. 이는 미래 암세포를 파괴하는 등 나노모터의 응용을 위해서 매우 중요한 발견이라고 연구팀은 전했습니다. 


 연구팀이 생각하는 이 나노모터의 가장 중요한 응용범위는 물론 의학적인 이용입니다. 미래 작은 나노봇들이 몸안에 들어가 질병을 진단하고 치료하는데 사용될 수 있다고 연구팀은 생각하고 있습니다. 다만 실제로 가능해지기 전까지는 꽤 오랜 시간이 걸릴 것 같네요. 


 참고 


Journal Reference:
  1. Wei Wang, Sixing Li, Lamar Mair, Suzanne Ahmed, Tony Jun Huang, Thomas E. Mallouk. Acoustic Propulsion of Nanorod Motors Inside Living Cells.Angewandte Chemie International Edition, 2014

   

   
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