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근육세포 울퉁불퉁한 표면에서 잘 자란다

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근육세포 울퉁불퉁한 표면에서 잘 자란다

2019.01.24 14:05
공현주 미국 어바나샴페인 일리노이대 화학 및 분자생물공학과 교수와 고은경 박사과정 연구원 연구팀은 홈을 판 배양판에서 근육세포(초록색)을 길렀더니 신경세포(흰색)과의 결합성이 높아진다는 연구결과를 발표했다. 어바나샴페인 일리노이대 제공.
공현주 미국 어바나샴페인 일리노이대 화학 및 분자생물공학과 교수와 고은경 박사과정 연구원 연구팀은 홈을 판 배양판에서 근육세포(초록색)을 길렀더니 신경세포(흰색)과의 결합성이 높아진다는 연구결과를 발표했다. 어바나샴페인 일리노이대 제공.

근육세포가 울퉁불퉁한 표면에서 더 잘 자란다는 연구 결과가 나왔다. 근육세포를 배양해 효율적으로 인공근육을 만드는 길을 여는 데 한걸음 더 다가섰다는 평가가 나온다.  

 

미국 어바나샴페인 일리노이대 공현주 교수와 고은경 박사과정 연구원, 임성갑 KAIST 교수 연구진은 홈을 판 배양판에서 쥐 근육세포를 키우면 평평한 배양판에서 키웠을 때보다 더 잘 자라고 신경세포와 결합도 잘 이뤄진다는 연구결과를 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 22일 발표했다.

 

근육세포 연구는 다양한 곳에 이뤄지고 있따. 근육세포를 키워 이식해 망가진 근육을 재생하거나 이식용 인공근육을 만들려는 시도도 있다. 근육세포의 수축력을 활용해 강한 출력을 내는 근육로봇을 개발하는 사례도 있다.

 

문제는 근육세포는 신경세포와 같이 배양했을 때 서로 결합하는 정도가 떨어진다는 점이다. 이식에 쓰기 위한 완벽한 근육조직을 만드는 데 어려움이 있을뿐 아니라 근육로봇을 개발할 때도 생체 신호가 아닌 전기 자극을 가했을 때만 움직이는 문제가 나타난다.  

 

연구팀은 골격근이 자라는 환경에서 홈이 있는 형태의 세포 배양판을 착안했다. 몸 속에서는 평평한 표면에서 세포가 자라지 않고 그물망처럼 생겨 세포가 자랄 수 있는 지지체인 세포외기질(ECM)과 같은 울퉁불퉁한 표면에 매달려 자란다. 연구팀은 200나노미터(㎚, 10억분의 1m)와 1600㎚의 일직선 형태의 홈을 갖는 배양판을 만들었다. 여기에 근육세포와 뉴런세포를 동시에 키웠다.

 

홈을 갖는 배양판에서 키웠을 때 근육세포가 한 방향으로 정렬되는 정도가 높았다. 실제 근육에서는 근육세포가 한 방향으로 정렬돼 수축하면서 강한 힘을 낸다. 배양판에서 자란 근육세포를 현미경으로 촬영해 정렬도를 분석한 결과 1을 최대치로 봤을 때 평평한 면에서 0.54, 200㎚ 홈에서 0.86, 1600㎚ 홈에서 0.91로 높아졌다. 연구팀은 전자현미경으로 세포가 배양판에 달라붙은 모습을 관찰했더니 200㎚ 홈 위에서는 세포가 홈 위에 자라지 못하고 홈 아래로 꺼진 반면 1600㎚ 홈 위에서는 홈 위에 자신을 고정하며 자란 것을 확인해 1600㎚의 두께가 있어야 세포가 스스로를 지탱할 수 있다는 것을 확인했다.

 

홈을 갖는 표면에서 키운 근육세포는 신경세포인 뉴런세포와의 연결성도 좋았다. 연구팀은 뉴런세포와의 결합 정도를 확인하기 위해 근육세포 내 아세틸콜린 수용체의 발현 정도를 분석했다. 아세틸콜린은 뉴런에서 나와 근육세포를 흥분시키는 신경전달물질이다. 아세틸콜린 수용체를 염색해 형광현미경으로 수를 분석한 결과 평평한 표면에서 키웠을 때보다 200㎚ 홈 표면에서 키웠을 때 수용체의 수가 1.7배, 1600㎚ 홈 표면에서 키웠을 때는 5배로 늘었다.

 

공 교수는 “근육에 손상이 있을 때 근육을 재생하려면 신경세포와의 연결이 중요하다”며 “근육세포로 구동되는 바이오로봇을 만들 때 뉴런세포와 통합하면 주변 환경을 감지해 로봇이 반응하는 것도 가능해질 것”이라고 말했다.

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