바이오인

 세포 전달용 마이크로/나노로봇

줄기세포 연구동향

최홍수 / DGIST 로봇및기계전자공학과 교수

◈ 목차

• 1.서론

• 2.세포 전달 또는 세포 기반 마이크로/나노로봇
  가. IN Vitro 세포 전달 마이크로/나노로봇
  나. 세포 기반 마이크로/나노로봇

• 3.마이크로/나노로봇 정밀 제어 기술
  가.자기장 기반 마이크로/나노로봇 제어
  나. 자기장 기반 마이크로로봇 제어를 위한 자기장 제어 시스템
  다. 자기장 제어시스템을 이용한 마이크로/나노로봇 제어 기술

• 4.향후 과제와 연구개발 방향

• 5.참고문헌

◈본문

1. 서론

 마이크로/나노로봇은 인간이 하기 어렵거나 불가능한 작업을 수행하기 위해 개발되고 있는 첨단로봇으로서, 일반적으로 크기는 수 밀리미터(mm: 1×10-3m)에서 수 나노미터(nm: 1×10-9m)에 이른다. 그러나 이러한 크기로만 마이크로/나노로봇을 정의하기보다는 이러한 크기의 첨단로봇을 활용하기 위한 다양한 학문적 분야를 의미한다. 넓은 의미에서 마이크로/나노로봇은 이러한 로봇을 제작하기 위한 마이크로/나노 공정 기술, 제어를 위한 정밀 제어 기술, 제어에 활용되는 전자석 기반 제어시스템, 이러한 로봇의 위치를 파악할 수 있는 영상기술, 다양한 질환별 응용 분야 등 다양한 분야를 포함한다.

 마이크로/나노로봇이 의학적으로 활용되는 경우는 좀 더 엄밀하게 의료용 마이크로/나노로봇 또는 마이크로/나노 의료로봇이라고 명명할 수 있다. 의료용 마이크로/나노로봇의 기대되는 응용 분야는 신체 내 도달하기 어려운 부위의 치료, 정확한 약물 및 세포 전달, 기존 치료법을 개선하거나 기존에 치료법이 없는 난치질환에 대한 새로운 치료법 제시 등이 있다. 또한 최근 주목을 받는 세포·유전자 치료 등에 있어서 마이크로/나노로봇은 이러한 치료제의 정밀 전달에도 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 따라 의료용 마이크로/나노로봇 기술에 대한 수요는 계속 증가할 것으로 예상되며, 전 세계적으로 마이크로/나노로봇 기술 발전을 위한 치열한 경쟁이 진행되고 있다.

 의료용 마이크로/나노로봇 중에서 특히 세포 기반 마이크로/나노 로봇은 의공학 분야의 선구적 응용 가능성을 나타내며 표적 치료, 정밀 의학 및 재생 치료에 대한 새로운 전략을 제공한다. 혁신적인 의료용 마이크로/나노로봇은 난치성 질환의 치료, 치료제 전달 및 조직 재생을 위해서 살아있는 세포의 고유한 기능을 활용하여 치료의 안전성과 치료 효과를 향상하고자 한다. 본 기고문에서는 세포 기반 및 세포 전달용 마이크로/나노로봇의 설계, 제작 및 응용 분야의 최신 개발 사항을 논의하고 앞으로의 잠재력을 예측하며 향후 해결해야 할 과제를 제시하고자 한다.

2. 세포 전달 또는 세포 기반 마이크로/나노로봇

가. In Vitro 세포 전달 마이크로/나노로봇

 세포 전달 마이크로/나노로봇은 세포를 담지한 후 자기장을 이용하여 원격으로 다수의 세포를 정밀 전달하는 것을 목적으로 한다. 이를 실현하기 위해 마이크로/나노 로봇에 세포를 담지할 수 있는 형태로 설계되고 자기장에 반응하여 제어가 가능하도록 자성 특성이 부여되어야 한다. 세포를 담지하기 위한 대표적인 형태로는 3D 스케폴드 형태가 있다. 마이크로 크기의 스케폴드 형태의 구조물을 제작하기 위해서는 나노스크라이브(PhotonicsProfessionalGT,Nanoscribe GmbH) 장비를 이용한 3차원 레이저리소그래피 공정이 사용된다. 이후 세포를 담지 하기에 적합한 스케폴드 형태의 마이크로 구조물에 자성 특성 및 생체적합성을 부여하기 위해 Ni, Ti 코팅이 진행되어 자기장 제어가 가능한 스케폴드 형태의 마이크로로봇이 제작된다. 이렇게 제작된 스케폴드형 마이크로로봇은 3차원 레이저리소그래피 공정으로 정밀하게 제작된 스케폴드 구조에 세포를 담지할 수 있으며 자성 특성을 가지기 때문에 자기장을 이용하여 정밀 제어가 가능하여 세포를 원격으로 전달하는 것이 가능하다.