우리대학 화공생명공학부 권우성 교수가 청색/적색 발광 특성을 갖는 생체친화적 탄소나노입자로 세포 이미징과 활성 조절을 동시에 수행할 수 있는 광유전학 시스템을 구현해 신경 관련 질병들을 보다 안전하고 효과적으로 진단 및 치료할 수 있는 기술에 한걸음 다가섰다.

 이번 연구는 POSTEC 신소재공학과 한세광 교수와 공동으로 수행했으며, 연구 결과는 지난 10월 3일 재료분야 권위지 Advanced Science (IF = 9.034)에 표지논문(inside cover article)으로 게재됐다.

(논문명: Dual-color emitting carbon nanodots for multicolor bioimaging and optogenetic control of ion channels)

 권 교수에 따르면 광학(optics)과 유전학(genetics)이 결합된 광유전학(optogenetics)은 빛을 이용해 세포의 활성을 조절하는 기술이다. 이 기술은 쥐의 신경세포에 ‘채널로돕신’이라는 녹조류의 청색광단백질을 발현한 후, 빛을 이용해 쥐의 행동을 조절한 스탠퍼드대 칼 다이서로스 교수의 연구에서 시작됐다.

 광유전학 등장 이전에는 특정 세포의 활성을 조절하기 위해 전기자극 또는 약물을 주로 이용했으나 이러한 방법은 목적세포 이외의 주변세포에 부작용을 야기할 수 있으며, 특히 약물의 경우 분해되거나 몸 밖으로 배출되기 전까지 잔류하며 영향을 미친다는 단점이 있다. 반면에 빛은 원하는 부위에 원하는 시간 동안 선택적으로 노출이 가능하기 때문에 정확하고 안전한 세포 조절이 가능하다는 장점이 있다. 이에 따라 최근 다양한 광유전학 시스템을 이용해 신경 관련 질병을 진단하고 치료하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

Advanced Science 표지에 게재된 권 교수의 논문

 권 교수는 탄수화물을 열중합하여 합성시킨 생체친화적 탄소나노입자의 표면을 개질해 특정 파장 영역대의 빛을 흡수하게 함으로써 청색/적색 발광 특성을 구현해냈다. 이렇게 만들어진 청색 빛으로 세포를 이미징해 탄소나노입자의 세포 선택성을 확인하고, 적색 빛을 이용해 목적 세포의 칼슘 이온 채널을 성공적으로 조절하는 연구결과를 얻게 됐다.

 권 교수는 “광유전학 시스템으로 세포의 이미징과 활성조절을 안전하면서 효율적으로 수행할 수 있게 되어 관련 연구가 진행될 경우 치매, 중독 등 신경성 질병에 대한 치료기술에 큰 도움이 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.