생물 및 의학 (건강) 세포핵을 탐침하는 나노기둥

2015.06.07 16:42

세포핵을 탐침하는 나노기둥 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015060016&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-06-03

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미국 연구진은 세포핵은 탐침하기 위해서 석영으로 만든 수직 나노기둥을 사용했고, 이것이 기계적 변형 하에서 어떻게 변형되는지를 조사했다. 이러한 실험들은 이런 소기관을 더 잘 이해하는데 중요하고, 이것은 질병을 치료하는데 중요한 역할을 것이다.

핵은 세포 속에서 가장 큰 소기관이고, 세포의 기계적 강도에 큰 영향을 끼친다. 핵은 손상되고 변형을 받으면, 확장성 심근병증(dilated cardiomyopathy), 근육병(muscular dystrophy), 휴킨슨-길포드 조르증(Hutchinson-Gilford progeria)과 같은 질병들을 발생시킬 수 있다. 세포핵의 기계적 특성을 탐침하는 것은 쉬운 일이 아니다. 이것을 수행하는 가장 일반적인 기술들(마이크로피펫 호흡, 원자 힘 현미경, 평행 평판 압축)은 큰 침입성을 가지고 있고 시간이 많이 소모된다.

현재, 스탠포드 대학(Stanford University)의 연구진은 수직 나노기둥이 세포의 접착력 때문에 세포핵을 변형시키는데 사용될 수 있고, 이런 변형은 핵의 기계적 강도를 빠르고 비침입적으로 측정할 수 있게 한다고 밝혔다.

나노기둥은 이전 기술들의 마이크론 거리와는 대조적인 나노미터의 거리로 핵을 변형시킬 수 있다. 마이크론 크기의 변형은 세포핵을 매우 변형시키는 암 세포에서만 대부분 관찰된다. 그러나 휴킨슨 길포드 조르증 또는 비타민 A 결핍증(lamin A deficiency)을 가진 환자의 핵은 종종 단지 몇 백 나노미터로 변형된다.

이번 연구진은 실리콘 이산화물을 이용해서 나노기둥을 만들었다. 그들은 전자빔 리소그래피로 석영 기판 위에 금속 마스크를 생성시켰다. 그 후에 이번 연구진은 이방성 반응 이온 에칭(anisotropic reactive ion etching)이라고 불리는 기술을 사용함으로써 이 기판 속에 구멍을 뚫었다. 금속 마스크의 아래 지점은 에칭으로 보호되고, 결국 수직 나노기둥이 생성된다.

“우리는 기판 위에 포유동물 세포를 배양했다”라고 이번 연구진은 말했다. “세포가 기판에 분산되고 부착되기 때문에, 그들과 기판 간의 접착력은 표면에 세포핵이 부착되게 한다. 나노기둥은 이런 핵으로 인해서 국부적으로 변형되고, 그들이 변형되는 양은 그들이 얼마나 단단한지와 그들이 세포막에 어떻게 결합되는지에 달려 있다”고 연구진은 덧붙였다.

이번 연구진은 이 새로운 기술이 서로 다른 유형의 세포를 탐침하는데 사용될 수 있다고 말했다. “예를 들어, 암 세포와 줄기 세포는 더 쉽게 변형될 수 있는 더 부드러운 핵을 가지고, 우리는 그들의 핵 역학을 굉장히 쉽게 측정할 수 있을 것이라고 기대한다”고 Cui가 설명했다.

이번 연구진은 실시간으로 핵 변형을 모니터링하는 연구를 수행할 계획이다. “우리의 기술은 다양한 단백질이 핵과 세포막 사이의 기계적 결합에 어떤 영향을 끼치는지를 조사할 수 있게 할 것”이라고 Cui가 말했다.

세포 조사를 위해서 수직 1차원 나노구조 어레이를 사용하는 연구는 저널 Nanotechnology에 “Exploring arrays of vertical one-dimensional nanostructures for cellular investigations”라는 제목으로 게재되었고(doi:10.1088/0957-4484/25/36/362001), 이 연구결과는 저널 Nature Nanotechnology에 “Vertical nanopillars for in situ probing of nuclear mechanics in adherent cells” 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/nnano.2015.88).

그림. 나노기둥 주위를 변형시키는 핵.

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[출처] http://nanotechweb.org/cws/article/tech/61344

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