경희대 박기주 교수, 초음파로 세포질 물리적 성질 변화 세계 최초 발견

경희대학교 생체의공학과 박기주 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 화학생명융합연구센터 김소연 박사 공동 연구팀은 초음파가 세포질 물리적 성질을 변화하는 현상을 세계 최초로 발견했다고 2일 밝혔다.

연구 개념도 /제공=경희대학교

연구팀은 공초점 현미경 기반의 살아있는 세포 이미징 실험을 통해 저강도 초음파가 세포질의 물리적 성질을 변화시키는 현상을 세계 최초로 발견했다. 해당 연구는 국제학술지 'Ultrasonics Sonochemistry(IF=8.4, JCR 상위 1.6%)'에 게재됐다.

저강도 펄스형 초음파나 저강도 집속 초음파는 낮은 강도의 초음파 에너지를 활용해 세포를 비침습적으로 자극하는 초음파 기술이다. 골절 치료나 연조직의 재생, 염증 반응 억제, 신경 조절 등을 일으키면서 치료하는 방식으로 여러 분야에 쓰이지만 정확한 작용 원리는 규명되지 않았다.

연구팀은 초음파가 점탄성 유체의 성질을 갖는 세포질 속에 전파되며 생화학 반응을 일으키는 생체고분자들의 확산에 직접 영향을 미칠 것이란 새로운 가설을 세웠다. 골육종(SaOS-2)과 자궁경부암(HeLa) 세포를 이용해 다양한 초음파 자극에 따른 세포질 내부의 생체고분자의 확산 변화와 핵세포질간 수송 계수를 초음파 자극 전·중·후 시점마다 측정했다.

실험 결과, 초음파에 의해 세포질에 존재하는 생체고분자들의 확산이 증가하는 것을 확인했다. 초음파 압력이 높으면 높을수록, 고분자 크기가 크면 클수록 확산은 빨라졌다. 핵세포질간수송 역시 초음파에 의해 증가했다. 연구팀은 초음파가 세포질 환경에 직접적 영향을 미친다는 사실을 학계 최초로 보여줬고 초음파 조사 조건을 달리하면 특정 생체고분자 확산 속도의 의존하는 특정 생화학 반응의 제어도 가능하다는 것을 의미한다고 설명했다.

박 교수는 "비침습적으로 특정 세포 과정을 활성화하거나 특정 세포 신호 경로를 유발할 수 있는 새로운 비침습 세포 자극 기술로 개발할 수 있다"고 밝혔다. 김 박사는 "이러한 기술을 보다 정교하게 조절할 수 있다면 줄기세포나 노화세포 같은 특정 세포의 운명이나 기능을 제어하는 기술로 응용 가능할 것"이라고 설명했다.

공병선 기자 mydillon@asiae.co.kr