암세포 찾아 치료하는 1mm이하의 마이크로 세포 로봇

줄기세포로 세포 로봇 만들어 혈관 투입
면역세포로 외부 병원체나 암세포 공격하게 해

줄기세포로 로봇 생명체 제작

1966년 작作 〈마이크로 결사대(Fantastic Voyage〉는 영화 최초로 인체 내부의 탐험을 그렸다. 아이작 아시모프의 소설에 기반한 이 공상과학(SF) 영화는 세포만 한 잠수정이 혈관을 돌아다니며 혼수상태에 빠진 환자를 구하는 이야기다. 그로부터 반세기가 지난 지금, 영화가 현실로 다가왔다. 이번에는 잠수정 대신 세포로 만든 로봇이 주인공이다.

이미 올해 1월 미국 버몬트대학교와 터프츠대학교 연구진은 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 세포들을 연결해 살아 있는 마이크로 로봇(100만분의 1m 크기)을 만들었다고 발표했다. 이들은 먼저 개구리의 배아에서 줄기세포를 추출해 각각 심장세포와 피부세포로 자라게 했다. 다음은 심장세포와 피부세포를 어떻게 연결해야 원하는 이동 형태가 가능한지 수퍼컴퓨터 시뮬레이션으로 알아냈다. 로봇은 심장세포의 수축과 이완을 통해 움직이고 피부세포는 골격 역할을 한다. 연구진은 설계도대로 심장세포와 피부세포를 정확한 위치에 결합시켜 ‘세포 로봇’을 만들었다. 연구진은 아프리카발톱개구리(Xenopus laevis)의 이름에서 따와 이 로봇을 ‘제노봇Xenobot’이라 이름 지었다. ‘제노봇’은 이동하면서 혈관을 청소하고 치료 약물을 특정 위치에 투약해 치료하는 역할을 한다.

원래 전통적인 개념의 로봇은 강철, 플라스틱 등의 소재로 제작한다. 그러다 보니 생태적으로 독성이 있는 소재들 때문에 유기체를 다루는 생물학, 의료계 등에서는 연관된 실험을 수행하는 데 어려움을 겪어 왔다. 하지만 ‘제노봇’은 세포가 가진 자체 에너지를 이용하고, 7일 정도 시간이 지나면 에너지를 다 쓰고 소멸한다. 기계 장치가 아니므로 전체가 썩어 없어지기 때문에 친환경적이다.

로봇으로 이용되는 세포들

우리나라에도 연구사례가 있다. 대표적인 예가 박종오 마이크로의료로봇연구원장이 2013년 개발한 ‘박테리오봇Bacteriobot’이다. 박 원장은 독성 유전자를 없앤 식중독균 살모넬라의 머리에 항암제를 담아 조종하는 기술을 개발했다.

세균을 로봇으로 만드는 이유는 두 가지다. 먼저 동력이다. 살모넬라균은 정자 꼬리 같은 편모鞭毛를 채찍처럼 휘둘러 이동하기 때문에 미세 모터를 따로 개발할 필요가 없다. 다음은 탐지 능력이다. 살모넬라는 산소가 희박한 곳에 사는데 암세포는 급속히 성장하면서 주변 산소를 고갈시킨다. 즉 살모넬라균은 암세포를 찾아 공격하는 미사일로 안성맞춤인 셈이다.

림프구의 일종인 대식세포나 T세포, 자연살해(NK)세포 같은 면역세포도 원래 외부 병원체나 암세포를 공격하기 때문에 역시 로봇으로 자주 이용된다.

박석호 전남대 교수는 2016년 대식세포에 항암제와 철 입자를 장착한 로봇을 발표했다. 외부에서 자석으로 이 대식세포 안의 철 입자를 끌어 암세포까지 이동시키면 대식세포가 암세포를 집어삼켜 분해하면서 항암제로 공격한다. 같은 대학 최은표 교수는 면역세포 로봇을 정밀하게 유도하는 장치를 개발했다. 해외에서는 자석을 움직여 몸 안의 세포 로봇을 이동시키지만, 국내서 개발된 장치는 자기공명영상(MRI) 장치처럼 사방에서 자기장을 가해 철 입자를 가진 면역세포를 3차원 입체 형태로 조종해 암조직으로 정확하게 보낼 수 있다. 연구진은 대식세포 로봇에 금 입자까지 추가했다. 외부에서 레이저를 비추면 대식세포 내부의 금 입자에서 열이 나면서 암세포를 태워 죽인다고 한다.

세포 로봇이나 마이크로 로봇을 이동시키는 방식은 계속 진화하고 있다. 미국 코넬대 연구진은 올해 8월 국제학술지 ‘네이처’에 네 발로 걷는 세포 로봇을 개발해 발표했다. 로봇에 실리콘 태양광 회로를 부착하고, 레이저를 쏘면 전력이 공급되면서 네 다리로 이동하는 방식이다. 독일 켐니츠 공대 연구진도 최근 산소 거품으로 추진력을 얻는 마이크로 로봇을 개발했다. 로봇은 두 개의 튜브로 이뤄져 있다. 튜브 내부에는 백금이 들어 있다. 로봇을 과산화수소가 포함된 용액에 넣으면 튜브 안에서 촉매 반응이 일어나 산소 거품이 발생한다. 로봇은 이 힘으로 이동한다.

과거의 로봇이 기계로 만들어졌다면 이제 살아 있는 생물체의 세포를 로봇으로 활용하는 단계까지 기술이 발전했다. 선천의 기술이 점점 신의 영역에 다다르고 있다. 이러한 과학 소식들을 접하며, 우리의 상상 속에서 존재했던 무병장수의 세상이 점점 현실로 다가오고 있음을 실감한다.

선천의 문명이기는 도술로 평정