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[세포 표면 위를 걷는 DNA 로봇] 후난대학교 화학공학부팀은 분자 수준에서 만들어지고 세포와 인공적으로 인터페이스하여 세포 기능을 정확하게 조절할 수 있는 소형 로봇을 구상했다. 세포 행동을 정밀하게 조절하기 위해 DNA 로봇을 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 예상하여 세포 기반 치료 및 재생 의학에 매우 바람직하다.

https://www.advancedsciencenews.com/a-dna-robot-that-walks-on-the-surface-of-cells/

JM Kim | 기사입력 2021/10/12 [00:16]

[세포 표면 위를 걷는 DNA 로봇] 후난대학교 화학공학부팀은 분자 수준에서 만들어지고 세포와 인공적으로 인터페이스하여 세포 기능을 정확하게 조절할 수 있는 소형 로봇을 구상했다. 세포 행동을 정밀하게 조절하기 위해 DNA 로봇을 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 예상하여 세포 기반 치료 및 재생 의학에 매우 바람직하다.

https://www.advancedsciencenews.com/a-dna-robot-that-walks-on-the-surface-of-cells/

JM Kim | 입력 : 2021/10/12 [00:16]

분자 로봇 공학 분야는 유전자 청사진의 역할을 넘어 DNA를 운반했다. CRISPR과 같이 DNA를 조작하는 기술의 폭발적인 발전을 활용하여 연구원들은 다양한 기능에 대해 놀라운 정밀도로 다양한 나노 규모 구조를 만들 수 있었다. 이것은 우리가 알고 있는 의학을 완전히 바꿀 수 있다. 특히 종양을 표적으로 하는 약물 운반 로봇에 의해 완화되는 화학 요법과 같은 약물의 유해한 부작용을 상상해 보자.  

매일 흥미진진한 개발이 이루어지고 있지만 여전히 부족한 것은 살아있는 시스템을 직접 조작할 수 있는 분자 로봇이라고 후난 대학의 연구원들이 이끄는 과학자 그룹이 말했다: 예를 들어, 세포이다.

 

저우 니(Zhou Nie) 후난대학교 화학공학부 교수는 “우리 아이디어는 1959년 노벨상 수상자 리처드 파인만(Richard Feynman)이 발표한 유명한 연설인 '바닥에는 충분한 공간이 있다'에서 영감을 얻었다”고 말했다. "이 연설에서 그는 분자 수준에서 만들어지고 세포와 인공적으로 인터페이스하여 세포 기능을 정확하게 조절할 수 있는 소형 로봇을 구상했다."

 

따라서 그들은 세포 표면을 자율적으로 걸을 수 있는 DNA 기반 로봇을 구축하여 코끼리 운전사처럼 세포 이동을 촉진한다고 Nie가 덧붙였다.

 

분자 기계 자체로서 세포는 외부 자극을 감지하고 반응하여 이동, 증식 및 프로그램된 세포 사멸과 같은 특정 기능을 수행한다. "세포 조작을 위한 로봇의 개발은 특정 세포 기능의 조절 메커니즘에 대한 우리의 이해를 향상시키고 재생 의학이나 암 면역 요법에서 세포 기반 치료법을 발전시키는 데 도움이 될 것"이라고 저자들은 연구에서 썼다.

 

그 결과 다리와 DNAzyme이라는 동력 장치라는 두 개의 모듈로 구성된 단족 보행 DNA 워커가 탄생했다. "이러한 각 모듈은 DNA의 단일 가닥 내의 뉴클레오티드로 구성되어 있다."라고 후난대학교의 교수이자 연구 공헌자인 Hong-Hui Wang이 설명했다. 단단한 트랙을 따라 움직이는 다른 기존의 DNA 워커와 달리 현재 연구의 DNA 로봇은 유체 세포막에서 움직이도록 설계되었다.

 

이동하기 위해 DNA 로봇은 발판이나 선택된 세포막 수용체를 찾는다. 이동은 특정 이온이나 아미노산과 같은 보조 인자의 존재 하에 발생하는 DNA자임 촉매 절단 반응에 의해 시작된다. Wang은 "이로 인해 [로봇의 발]이 해제되고 발가락 영역이 노출되어 로봇이 다음 발판으로 이동하기 시작한다."라고 말했다. "이것은 변위 반응을 통해 발생하며, 이는 자체 추진 운동에 연료를 공급한다."

 

이러한 발판 사이의 단계별 이동은 세포가 읽고 주어진 작업, 즉 T 세포 수용체 매개 면역 세포 활성화를 시작하는 데 사용하는 신호로 작용한다. 이것은 미리 정의된 분자 신호에 의존하기 때문에 팀은 세포 행동에 대한 높은 수준의 제어를 예상한다.

 

예를 들어, DNA 로봇은 조직 전구 세포의 성장 인자 수용체를 표적으로 삼아 손상된 세포에서 방출되는 생체 분자의 기울기에 반응하고 전구 세포가 더 많은 증식과 같은 조직 재생 작업을 수행하기 위해 올바른 영역으로 이동하도록 지시할 수 있다. Nie는 설명했다. 또 다른 가능성에서 DNA 로봇은 종양 미세 환경에서 발생하는 면역 억제 신호를 감지하고 해당 영역의 종양 세포에서 세포 사멸을 강제하도록 프로그래밍할 수 있다.

 

팀은 세포 반응을 유도하는 데 필요한 시간을 단축하기 위해 로봇의 보행 속도를 증가시키기 위해 DNAzyme의 촉매 활성을 최적화하고 보다 정교한 제어 메커니즘을 설계하는 것을 목표로 이 신기술의 기능을 계속 탐색할 계획이다.

 

Wang은 "우리는 세포 행동을 정밀하게 조절하기 위해 DNA 로봇을 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 예상하여 세포 기반 치료 및 재생 의학에 매우 바람직하다."라고 말했다.

 

 
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