성균관대 조수연·방석호 교수팀, 손상 없이 살아있는 세포의 노화 상태 고속 판별하는 분석기술 개발 … '젊은 세포' 자동선별 기능도

성균관대학교는 화학공학부 조수연, 방석호 교수 공동 연구팀이 살아있는 단일세포의 노화 상태를 손상 없이 실시간으로 정량 분석할 수 있는 새로운 분석기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 기술은 염색이나 세포 용해 없이도 노화 정보를 정밀 측정할 수 있다. 세포치료제의 품질 관리와 치료 예측 정확도를 혁신적으로 향상할 것으로 기대된다.

최근 세포치료제에 다양한 나이의 세포가 혼합되면서 효능 편차 문제가 제기되고 있다. 이에 개별 세포의 노화 정도를 실시간으로 파악하는 기술 개발의 필요성이 커졌다. 그러나 기존 기술은 대부분 화학적 염색과 세포 파괴를 수반한다. 이에 따라 분석 후 세포의 활용이 불가능하고 분석 속도도 느려 실용성이 낮았다.

연구팀은 단일벽탄소나노튜브(SWCNT) 기반의 광센서를 미세 채널 내에 도입하는 방법으로 이 문제를 해결했다. SWCNT는 탄소 원자로 이뤄진 지금 수 나노미터()의 튜브형 구조로, 근적외선 대역의 빛을 방출하는 성질이 있다. 이를 통해 세포 자체를 광학 렌즈처럼 활용해 형광 염색 없이도 근적외선 이미징이 가능한 분석기법을 구현했다. 세포의 크기, 형태, 굴절률 등 물리적 특성과 활성산소 농도 등 화학적 특성을 동시에 실시간으로 측정할 수 있다. 수만 개 세포를 수십 분 내에 처리할 수 있는 고속성과 자동화된 분석·시각화 기능은 치료제 공정에 직접 활용이 가능한 수준이다.

특히 연구팀은 자체 개발한 인공지능(AI) 알고리즘을 결합해 치료 효능이 높을 것으로 예측되는 '젊은 세포'를 자동 선별하는 기능도 함께 구현했다. 치료 적합성 평가와 예후 예측의 정밀도를 크게 높일 수 있고, 세포치료제의 품질관리에 획기적인 전환점을 마련할 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야의 세계적 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 8일 온라인 게재됐다. 성균관대 송영호, 서인우 연구원이 공동 제1저자, 조수연, 방석호 교수가 공동 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 산업통상자원부의 알키미스트 노화역전 프로젝트와 과학기술정보통신부의 우수신진연구사업 및 공학연구센터의 지원을 받아 이뤄졌다.