로봇 내에 인간의 세포를 넣어 성장시키는 새로운 시도

로봇 내에 인간의 세포를 넣어 성장시키는 새로운 시도

인간의 세포를 배양하여 의료에 도움이 되도록 하는 것에는 많은 과제가 남아 있다.
예를 들어 기존의 세포배양은 '페트리 접시 속'과 같은 정적인 환경에서 이루어진다.

이러한 환경에서는 세포가 이른바 운동부족 상태이므로 힘줄처럼 구부려 펴는 「유연한 조직」의 배양에는 적합하지 않다.
이에 영국 옥스퍼드대학(University of Oxford)에 소속하는 피어 마우슬리 등 연구팀은, 인간처럼 움직이는 로봇 골격속에서 인간의 세포를 성장시키는 실험을 하고 있다.

아직 개념 실증(본격적인 실험 개시전에 행해지는 간이 검증)의 단계이기는 하지만, 이번 연구팀은 이 배양방법을 이용한 세포가 정적인 환경과는 다른 성장을 이뤘다고 보고했다.

제세한 연구내용은 2022년 5월 26 일자의 과학잡지 「Communications Engineering」에 게재되었다.

◆ 유연성 있는 힘줄 배양이 어렵다

최근 생물공학은 급속히 진보하고 있다.
최근에는 인공 배양한 사람의 뇌를 유아단계까지 생육시키는 데 성공했을 정도이다.

그렇다고는 해도 좀처럼 진전이 없는 분야도 있다.
그 중 하나가 바로 힘줄 인공 배양이다.

힘줄은 인간의 근육과 뼈를 연결하는 결합조직으로 모든 방향으로 뻗거나 휘어질 수 있는 특별한 유연성을 가진다.

그러나 기존의 정적인 환경에서 배양한 세포에는 그러한 유연성이 갖추어져 있지 않다.
최첨단 바이오리액터를 이용해도 힘줄에 기대되는 움직임을 재현할 수 없다.

그럼 유연성 있는 조직으로 성장시킬 수 있는 방법은 있는 것일까?
연구팀은 외부 자극을 주면서 세포를 성장시키는 방법에 주목했다.

◆ 로봇 골격 속에서 자극을 주면서 인간의 세포를 성장시키다

지금까지의 연구를 통해 세포에 기계적 자극을 줌으로써 다른 성장이 촉진된다고 알고 있다.

과거에는 경첩과 같은 틀 안에서 한 방향의 자극을 주면서 세포를 성장시킨 적도 있었다고 알려져 있다.
그러나 이 방법으로 성장한 조직의 유연성은 움직이던 한 방향에 대해서만 발휘되었다.

인간의 어깨를 모방한 로봇 골격을 작성.내부에서 인간세포 배양.
인간의 어깨를 모방한 로봇 골격을 작성.내부에서 인간세포 배양. / Credit : Pierre-Alexis Mouthuy (University of Oxford) etal., Communications Engineering (2022)

이에 연구팀은 다방향의 기계적 자극을 주면서 세포를 성장시키기로 했다.
보다 진짜에 가까운 '동적인 환경'에서 세포를 성장시킴으로써 본래의 힘줄이 가진 유연성을 재현하고자 한 것이다.

이를 위해 연구팀은 인간의 어깨와 그 움직임을 모방한 로봇 골격을 만들었다.

내부의 인간 세포에 3차원의 기계적 자극을 주어 성장시키다
내부 인간세포에 3차원 기계적 자극을 주며 성장시킨다/Credit:nature video(유튜브)_Arobotic Petri dish:How to grow human cells in arobot shoulder(2022)

그 안에 인간의 세포를 넣어 로봇의 리얼한 움직임에 의한 기계적 자극을 주면서 성장시켰다.
2주간 배양한 결과 연구팀은 새로운 세포가 기존 방법과 다르게 성장하고 있음을 깨달았다.

정적인 환경에서 배양한 세포보다 증식이 빠르고 서로 다른 유전자 발현이 나타난 것이다.

그러나 현 단계에서는 새로 배양된 세포가 힘줄로 도움이 될지는 아직 알려지지 않았다.
아이디어는 획기적이지만 실제 가치 있는 연구인지를 밝히려면 더 많은 조사와 실험이 필요할 것이다.

그렇다고는 해도, 스포츠나 노화에 의한 어깨나 무릎의 통증을 「인공 배양건의 이식으로 치료할 수 있을 것이다」라고 생각하면, 향후의 진전에 기대하고 싶은 것이다.

Robotic Shoulders May Be The Key to Lab-Made Tendon Grafts
https://www.sciencealert.com/human-like-robots-are-helping-scientists-grow-fit-and-healthy-tendons

Scientists grew living cells on arobot skeleton in thiseerie experiment
https://bgr.com/science/scientists-grew-living-cells-on-a-robot-skeleton-in-this-eerie-experiment/

Humanoid robots to mechanically stress human cells grown in soft bioreactors
https://www.nature.com/articles/s44172-022-00004-9