전기 신호만으로 세포 속에서 원하는 신호 물질을 만들어내고, 세포 반응을 전기 스위치처럼 켜고 끌 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했습니다.

KAIST는 생명화학공학과 박지민·김지한 교수팀이 일산화질소와 암모니아 같은 핵심 생체 신호 물질을 전기 자극 하나로 원하는 순간에 생성하고 세포의 반응 시점과 범위, 지속 시간까지 정밀 제어할 수 있는 바이오전기합성 플랫폼을 개발했다고 밝혔습니다.

연구팀은 우리 몸의 질산염 환원효소 작용 원리를 응용했습니다.

질산염을 단일 전구체로 사용해, 구리·몰리브덴·황 기본 촉매(Cu₂MoS₄)로는 암모니아를, 여기에 철을 추가한 촉매(FeCuMoS₄)로는 일산화질소를 선택적으로 합성하는 데 성공했습니다.

전기화학 실험과 시뮬레이션을 통해 철이 있는 촉매를 쓰면 일산화질소가 잘 만들어지고 철이 없는 촉매를 쓰면 암모니아가 더 잘 만들어지는 원리도 규명했습니다.

이 기술을 이용하면 단순히 촉매를 바꾸는 것만으로, 전기 신호로 두 가지 신호 물질을 자유롭게 만들어낼 수 있습니다.

연구팀은 이를 인체 세포의 이온 채널에 적용해 통증과 온도를 감지하는 TRPV1, 그리고 pH 변화를 감지하는 OTOP1을 전기 신호로 구동하는 데도 성공했습니다.

전압 세기와 작동 시간을 조절해 세포 반응의 시작 시점과 범위, 종료 시점까지 자유롭게 설정할 수 있어, 마치 전기 스위치를 켜고 끄듯 세포 신호를 조절할 수 있는 가능성을 열었습니다.

박지민 교수는 "이번 연구는 전기로 다양한 신호 물질을 선택적으로 생산해 세포를 정밀하게 조절할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다"며, "신경계나 대사질환을 대상으로 한 전자약 기술로의 확장 가능성도 크다"고 전망했습니다.

이번 연구는 KAIST 이명은·이재웅 박사과정 연구원이 제1 저자로 참여했고, 국제학술지 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)에 지난 7월 8일자로 실렸습니다.