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[IT뉴스]“빛 비추면 에너지 만들고 세포 모양 바꾼다”…인공 세포소기관 ‘PNO’ 개발

온카뱅크관리자

2026-11-05 08:57:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">금·백금 나노구조에 대장균 막 입힌 ‘PNO’ 제작<br>근적외선 스위치로 ATP 합성 제어<br>산화 스트레스 환경서 세포 생존율 2배 높여</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="ulACep2ulY">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7cace836993695e815cf284db8f82bda58a2cd9cdfea47e218ce0026823da30e" dmcf-pid="7SchdUV7CW" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="연구팀이 개발한 PNO는 빛을 받아 세포의 에너지 분자인 ATP를 생산하는 인공 세포 소기관이다. AI제작이미지=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/seouleconomy/20261105084757944dwtq.png" data-org-width="1200" dmcf-mid="UOgmQtB3vG" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/05/seouleconomy/20261105084757944dwtq.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            연구팀이 개발한 PNO는 빛을 받아 세포의 에너지 분자인 ATP를 생산하는 인공 세포 소기관이다. AI제작이미지=UNIST
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="5c8f91a26ad795baecb130ca2a0c209ab6305e7ce3234f8a1246087faf60c795" dmcf-pid="zvklJufzly" dmcf-ptype="general">빛을 스위치 삼아 세포 에너지 분자인 아데노신삼인산(ATP)을 생산하는 ‘인공 세포 에너지 공장’이 개발됐다. 빛을 켜고 끄며 인공세포의 형태를 반복해서 바꾸고 손상된 3차원 조직 모형의 세포 생존율을 2배로 높이는 데도 성공했다.</p>
          <p contents-hash="0f16f222aa9c4a2bb3cfb85fd0f5348ace00aa43ece27c10493693ad80f03df4" dmcf-pid="qTESi74qyT" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST)은 바이오메디컬공학과 조윤경 교수 연구팀이 POSTECH 화학과 이인수 교수 연구팀과 공동으로 빛에 반응해 ATP를 합성하는 인공 세포소기관 ‘PNO(plasmonic nano-organelle)’를 개발했다고 5일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 9월 29일 자로 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="f8acdfdb5206c5aefefff5b72303b82fce272375a05c2128d3da76a68afc46e4" dmcf-pid="ByDvnz8BTv" dmcf-ptype="general">살아 있는 세포는 포도당 등 영양분에서 얻은 에너지로 ATP를 만들어 형태를 바꾸거나 손상 부위를 복구한다. 이러한 생명 활동을 모사하는 인공세포를 구동하려면 필요한 시점과 위치에 맞춰 에너지를 공급하고 조절하는 장치가 필수적이다.</p>
          <p contents-hash="4eabfd4efd9ae544fa3e6ae710be57873bad6b7643ca43b96f9c5fb7eefa683b" dmcf-pid="bWwTLq6bWS" dmcf-ptype="general">연구팀은 빛에 반응하는 금·백금 나노구조 표면에 ATP 합성효소가 포함된 대장균 유래 세포막을 입혀 PNO를 제작했다. 제작 과정에는 미세한 액체 흐름을 정밀하게 제어하는 미세유체기술을 적용해 나노구조 표면에 막이 고르게 코팅되도록 했다.</p>
          <p contents-hash="f073fc9368b0aa02ea0fc717e5bf7ee16cd6753dc4d8528d9918809c417dca4c" dmcf-pid="K5CXAVe4yl" dmcf-ptype="general">PNO는 막 안팎의 수소이온 농도 차이를 이용해 에너지를 만드는 생물학적 원리로 작동한다. 포도당과 산소가 녹아 있는 용액에 PNO를 넣고 근적외선을 비추면 금·백금 나노구조가 포도당의 산화 반응을 촉진해 내부에 수소이온을 생성한다. 막 안쪽에 쌓인 수소이온이 농도가 낮은 바깥쪽으로 이동할 때 대장균 유래 막의 ATP 합성효소를 통과하면서 효소를 회전시켜 ATP를 만들어낸다. 댐의 수위 차로 수차를 돌리는 원리와 같다. 이 시스템에서 포도당은 연료, 근적외선은 작동 스위치 역할을 한다. 연구팀은 빛을 켜고 끄는 방식으로 ATP 생산을 반복 조절했다.</p>
          <p contents-hash="dbf2b8a0e967240951e6663c85f71a115589189759f5776841748a05174b3613" dmcf-pid="91hZcfd8Ch" dmcf-ptype="general">생성된 에너지는 실제 세포 구조와 조직의 물리적 성질을 바꿨다. 연구팀이 PNO와 근육 단백질인 액틴을 지질 막 주머니에 넣어 인공세포 모형을 만든 뒤 빛을 비추자, 생산된 ATP를 이용해 액틴이 긴 섬유 형태로 조립됐다. 길어진 액틴 섬유가 지질막을 밀어내면서 인공세포의 모양이 변했고, 빛을 끄면 원래에 가까운 둥근 형태로 돌아왔다.</p>
          <p contents-hash="0657f1e186ba6b7f62a22ccb11c406391744fed3e5b2ed8ac327aea45061fe31" dmcf-pid="2tl5k4J6SC" dmcf-ptype="general">살아 있는 근육 전구세포(C2C12)와 PNO를 알지네이트 젤에 함께 넣어 제작한 3차원 조직 모형에서도 효과가 입증됐다. 근적외선을 비추자 ATP 생산이 늘어나며 세포 내 액틴 섬유 형성이 촉진됐고, 조직 모형의 단단함은 빛을 비추기 전보다 약 1.9배 증가했다.</p>
          <p contents-hash="1cf2fd46c76decddd7e8612bc3433906958f072710b80894c1cf4089236729f8" dmcf-pid="VFS1E8iPlI" dmcf-ptype="general">세포 보호 효과도 확인했다. 산화 스트레스를 가한 3차원 조직 모형에 포도당과 근적외선을 함께 공급한 결과, PNO를 포함한 모형은 ATP 수준이 스트레스 노출 전의 약 84%까지 회복됐다. PNO가 없는 대조군의 회복률은 약 22%에 그쳤다. 세포 생존율 역시 PNO가 포함된 모형에서 대조군보다 약 2배 높게 나타났다.</p>
          <p contents-hash="73d4c8a7ce2b134c6e3828ce7f6c73ec62c0cbd08d0ab48255d258df057898fd" dmcf-pid="f3vtD6nQSO" dmcf-ptype="general">조윤경 교수는 “인공세포가 실제 세포처럼 작동하려면 시공간에 맞춰 에너지 공급을 제어하는 기술이 중요하다”며 “이번 연구는 세포의 에너지 소비 과정을 규명하고 빛에 반응해 성질이 변하는 생체재료를 개발하는 데 기여할 것”이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며 UNIST 연구지원본부의 장비를 활용했다.</p>
          <p contents-hash="4caaeea71c7eca283a076a91d01a5a02f45e1a4ce602a3c4d302cc3e9ae938e9" dmcf-pid="40TFwPLxTs" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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