나노를 개발하는 연구팀

2023년 8월 21일

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탐페레 대학교

많은 경우 세포는 매우 활발하게 움직이며 발전기 역할을 합니다. 물리적 힘을 생성하는 세포의 능력은 신체의 기본 기능 중 하나입니다. 예를 들어, 달릴 때 세포에서 생성되는 힘으로 인해 근육이 수축되고 호흡이 작동합니다. 과거에 개발된 힘 센서를 통해 개별 단백질이 겪는 힘까지 측정할 수 있었지만, 이전에는 세포 내 힘과 기계적 변형을 측정할 수 없었습니다.

오하이오 주립 대학 OSU의 과학자들과 함께 탐페레 대학의 세포 생물학 연구원들은 기계적으로 반응하는 단백질의 측면에 부착할 수 있는 힘 센서를 개발하여 세포 내 단백질에 대한 힘과 변형을 감지할 수 있게 했습니다.

마이크로 크기 센서의 개발은 2019년 12월 회의 여행에서 시작되었습니다.

“힘을 감지하는 부분은 늘어나면 색이 변하는 고무줄과 같습니다. 이 부분은 고무줄 양쪽 끝에 항체가 부착되어 연구 중인 세포 표적 단백질과 결합합니다. 연구 중인 단백질의 힘이나 신장 그런 다음 고무 밴드의 신장, 즉 고무 밴드가 생성하는 색상을 추적하여 현미경으로 감지할 수 있습니다."라고 탐페레 대학 BioMediTech의 선임 연구원인 Teemu Ihalainen은 말합니다.

Ihalainen에 따르면 크기가 약 20nm에 불과한 힘 센서는 광범위한 세포 생물학 연구 및 다양한 표적 단백질로 쉽게 일반화될 수 있습니다. 단백질 바이오센서의 도움으로 핵막, 서로 다른 단백질 사이 또는 일반적으로 세포의 세포골격에서 힘을 측정할 수 있습니다. 이는 세포의 역학을 최초로 눈에 보이는 형태로 변형시키는 것을 가능하게 합니다.

이미 일본, 인도, 노르웨이 및 미국의 다양한 실험실에서 이 기술에 대한 큰 관심이 있었습니다.

세포는 정상적인 신체 기능과 질병 모두에서 항상 힘의 영향을 받습니다.

예를 들어, 암세포가 성장하고 이동함에 따라 세포는 기계적 힘을 받게 됩니다. 암이 퍼지면서, 예를 들어 혈액이나 림프관으로 들어갈 때, 암세포는 미세환경의 좁은 틈을 통해 비집고 들어와야 합니다. 따라서 암세포는 일부 세포를 분해할 수 있는 강력한 압축력과 신장력을 받게 됩니다. 핵이 손상되면 게놈 구조가 변경될 수 있으며, 어떤 상황에서는 암 발병에 도움이 될 수도 있습니다.

Ihalaien은 "센서의 도움으로 암의 메커니즘과 관련 과정을 완전히 새로운 관점에서 모니터링할 수 있습니다"라고 말했습니다.

이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재되었습니다.

또 다른 최근 연구에서는 세포 생물학과 신호 처리 전문 지식을 결합하여 확장 현미경을 개선했습니다. 세포 생물학 연구자 외에도 탐페레 대학교 공학 및 자연과학부의 영상 전문가와 이위베스퀼레 대학교의 바이러스학자들이 연구에 참여했습니다.

광학 현미경의 해상도는 렌즈와 빛의 상호 작용으로 인해 샘플의 작은 구조의 세부 사항이 흐려지기 때문에 제한됩니다. 그러나 초고해상도 현미경의 다양한 기술을 사용하면 아주 작은 세부 사항도 분리할 수 있습니다. 이러한 기술 중 하나는 소위 확장 현미경으로, 그 원리는 세포와 같은 대상을 물리적으로 확대하여 그 내부의 작은 것들을 보는 것입니다. 실제로 샘플은 4배 이상 확장할 수 있는 부드러운 젤에 주조되며 샘플의 모든 세부 사항도 확대됩니다.