섬세한 인공근육 만들 날 가까워져

작성자
생명과학연구원
작성일
2010-04-19 00:00
조회
113
섬세한 인공근육 만들 날 가까워져
국내 연구진, 풀러린-DNA 분자기계 메커니즘 규명
2010년 04월 15일(목)

교육과학기술부(장관 안병만)는 이문호 포항가속기연구소장과 진경식 박사팀이 한양대 생체인공근육 연구단장 김선정 교수팀(신수련 박사)과 포항방사광가속기를 이용한 공동연구로 ‘풀러린-DNA 하이브리드 분자기계’의 구조 및 작동 메커니즘을 규명하는데 성공했다고 발표했다.

이번 연구성과는 세계적 물리화학 전문지 ‘저널 오브 피지컬 케미스트리 비(Journal of Physical Chemistry B)' 4월 15일자 표지 논문으로 선정됐다.

풀러린(Fullerene)은 탄소 원자 60개가 서로 연결돼 축구공 모양을 이룬 것으로 1985년 처음 발견됐다. 전자전달능력, 광학적 성질, 균일한 크기와 모양 때문에 화학감지소자로서의 응용가능성과 의학적 활용성이 크다.

분자 기계 (Molecular Machine)는 생명체에서 일어나는 기계적 움직임과 일상생활에서 볼 수 있는 기계적 움직임을 자세히 살핀 후, 그 움직임의 핵심을 분자수준에서 구현하기 위해 설계된 개별 분자 혹은 분자 집합체이다. 최근 생명공학 분야에서 생체 내에서 구동하게 될 분자 기계를 제조하고, 특성을 분석해 응용하는 연구에 많은 관심을 기울이고 있다.

▲ 풀러린-1/2DNA 하이브리드 분자 기계의 작동 메커니즘 

섬세한 인공근육 개발 기대

공동연구팀은 지난해 3월 우리 인체의 반쪽 DNA에 풀러린을 결합시킨 ‘풀러린-반쪽 DNA 하이브리드 분자기계’를 구성하고 산성과 염기성 용액에 따른 수축과 이완에 대한 작용 메커니즘을 밝힌바 있다.

이번 연구는 더 나아가 기존의 풀러린-반쪽 DNA 하이브리드 분자기계에 나머지 반쪽 DNA를 추가 결합시켜 완벽한 풀러린-DNA 하이브리드 분자기계(이하 분자기계)를 만든 것이다. 연구팀은 이를 포항방사광가속기 4C1 소각 X-선 산란 빔라인을 활용해 더욱 향상된 분자기계의 정확한 구조와 메커니즘을 밝혀내는데 성공했다.

실험결과, 연구팀은 분자기계의 이완과 수축이 변하는 pH 영역(기존 pH 4.5 ⇒ 5.5)이 인간의 체내 장기(약 pH 6~8)과 가까운 pH로도 이완과 수축이 크게 향상될 수 있다는 것을 입증했다. 이를 통해 우리 몸의 근섬유에 가까울 정도로 섬세한 인공근육 개발이 기대된다.

한편 연구팀은 분자기계가 열적 안정성(기존 51° ⇒ 58°)을 가진다는 점도 밝혀냈다. 이로써 외부요소로 인한 온도 변화에도 쉽게 분해되는 것을 막아낼 수 있어 생체내의 인공장기로의 적용 시기도 크게 앞당겨질 것으로 예상된다.

공동 연구팀은 “이번연구는 우리 인체의 DNA 작동 메커니즘을 이용해 생체 인공근육 시스템을 개발하는 최근 생명공학분야에서 다양하게 활용이 가능할 것으로 보인다”고 밝혔다.

▲ 풀러린-DNA 하이브리드 분자 기계의 향상된 작동 메커니즘 

김청한 기자 | chkim@kofac.or.kr

저작권자 2010.04.15 ⓒ ScienceTimes