단세포 조류를 이용한 항생제 마이크로봇

 

(A depiction of the nanosphere-coated Chlamydomonas reinhardtii microalgae cells, making their way through the lungs. Credit: Wang lab/UC San Diego)

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(Colored SEM image of a pneumonia fighting microrobot made of an algae cell (green) covered with biodegradable polymer nanoparticles (brown). The nanoparticles contain antibiotics and are coated with neutrophil cell membranes. Credit: Fangyu Zhang and Zhengxing Li)

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단세포 조류 (algae) 를 폐렴을 치료하는 마이크로 로봇 (마이크로봇 microbot)로 만드는 연구가 발표됐습니다. 캘리포니아 대학 샌디에고 캠퍼스의 요셉 왕과 량팡 장 교수 (Joseph Wang and Liangfang Zhang, a team at the University of California - San Diego)가 이끄는 연구팀은 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa)을 목표로 하는 마미크로봇을 연구했습니다.

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단세포 조류의 일종인 Chlamydomonas reinhardtii 를 항생제를 전달하는 마이크로봇으로 만들기 위해 연구팀은 생분해성 폴리머 나노스피어 (biodegradable polymer nanosphere)라는 작은 입자를 표면에 부착했습니다.

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이 나노스피어는 호중구 (neutrophil)의 세포막으로 코팅되어 있으며 내부에는 항생제가 들어 있습니다. 나노스피어를 단세포 조류에 붙여 폐에 직접 주입하면 호중구의 세포막 성분이 세균과 결합하는 방식입니다.

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그냥 나노스피어를 사용하는 대신 단세포 조류에 붙인 이유는 뛰어난 이동 능력 때문입니다. 이 단세포 생물은 폐 안에서 자유롭게 이동하면서 세균과 접촉합니다. 이 정도 크기의 마이크로 로봇을 만들어 항생제를 전달하는 것보다 그냥 운동성이 좋은 단세포를 대신 사용하는 것입니다.

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물론 이렇게 주입한 단세포 조류가 내부에서 증식해 문제를 일으키지 않을까 걱정될 수도 있습니다. 하지만 광합성이 필요한 단세포 조류이기 때문에 일정 시간이 지나면 빛이 없는 환경에서 증식하지 못하고 죽게 되며 이후에는 백혈구에 의해 아무것도 남지 않고 분해되는 것입니다.

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동물 실험 결과 혈관 주사로 항생제를 사용하는 경우보다 3000배나 적은 항생제로도 효과적으로 녹농균을 제거할 수 있었습니다. 쥐를 이용한 동물 모델에서 마이크로봇을 투여한 실험군은 모두 30일

이후에도 생존했지만, 투여하지 않은 동물은 3일 이내에 사망했습니다.

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단세포 조류는 키우기 쉽고 저렴하기 때문에 나노스피어 가격만 저렴하다면 상당히 효과적인 치료법이 될 수도 있습니다. 사실 경구나 정맥으로 투여하는 항생제는 극히 일부만에 목표로 하는 세균에 도달합니다. 그 결과 엉뚱하게 공생 미생물을 공격하거나 여러 가지 부작용이 나타나 약을 사용하지 못하게 되는 경우도 있습니다.

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정확히 목표로 하는 세균만 공격하는 마이크로봇을 만들기 위해 살아 있는 세포를 이용하는 것도 현명한 방법인 것 같습니다.

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참고

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https://newatlas.com/medical/algae-cells-pneumonia-microrobots/

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https://today.ucsd.edu/story/tiny-swimming-robots-treat-deadly-pneumonia-in-mice