국내 연구진이 레이저로 세포에 구멍을 뚫고 원하는 유전자를 세포 안으로 전달하는 광집게 장치를 개발했다.

세포손상을 최소화할 수 있어 유전자 치료 등 생명공학 연구에 활용될 것으로 기대된다.

* 광집게(optical tweezers) : 레이저의 전자기장을 이용하여 비접촉식으로 마이크로 크기의 입자를 포획하고 이동시킬 수 있는 장치

광주과학기술원 기전공학부 이용구 교수와 왈리드 무하마드 박사과정(제1저자) 연구원 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 미국광학회가 발간하는 바이오메디컬 옵틱스 익스프레스(Biomedical Optics Express)지 8월 7일자 온라인판에 게재되었다. (논문명: Single-cell optoporation and transfection using femtosecond laser and optical tweezers)

기존방식은 임의의 세포에 총을 쏘듯이 원하는 유전자로 코팅된 나노입자를 고속으로 충돌시키거나(gene gun) 전기쇼크를 주는 방식이어서 유전자 전달의 성공여부가 일정하지 않고 세포손상의 우려가 있었다.

이는 대량의 세포를 대상으로 확산원리에 기대는 만큼 원하는 때 원하는 부위로 원하는 양만큼의 유전자를 전달할 수 없다는 것이 한계가 있었다.

연구팀은 펨토초 레이저로 세포벽에 순간적인 구멍을 내고 원하는유전자가 도포된 입자를 광집게로 포획하여 세포내로 전달하는 방법을 시연하는 데 성공했다.

* 펨토초 레이저 : 10-15초 켜졌다 꺼지기를 반복하는 아주 짧은 펄스의 레이저로 짧은 시간 동안 세포에 에너지를 전달해 열 손상 없이 작은 구멍을 만들 수 있다.

광집게를 이용하면 단일세포의 유전자조작이 가능하고, 전달할 유전물질의 양과 전달시간 및 주입위치를 정교히 조절할 수 있다.

또한 펨토초 레이저가 뚫은 구멍은 순간적인 것이어서 세포표면에 열에 의한 손상이나 기포발생 등의 부작용을 일으키지 않는 것도 장점이다.

이는 펨토초 레이저가 유전자 전달입자가 통과할 수 있는 터널을 만든 데 따른 것이다. 이 터널로 유전자 전달입자를 주입하고 나면 터널은 자체 치유에 의해 닫힌다는 설명이다.

나아가 연구팀은 실제 유전자가 전달되고 48시간 후 유전자가 발현되어 단백질이 생성되고 세포가 생존함을 확인하였다.

한편 해당 연구결과는 미국광학회의 보도자료*로도 소개되었다.