본문 바로가기 사이드메뉴 바로가기 주메뉴 바로가기

미디어센터

A multimedia mosaic of moments at GIST

GIST Excellence

윤명한 교수팀, 수직형 나노기둥 구조 위의 중추신경세포의 발달 촉진 원리 규명

  • 대외협력팀
  • 등록일 : 2017.10.30
  • 조회수 : 1006

□  GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 신소재공학부 윤명한 교수팀경희대학교 응용화학과 강경태 교수, KAIST(한국과학기술원) 화학과 최인성 교수팀과 함께 나노 기둥 기판위 신경세포의 신경돌기 발달 과속화 원리를 규명하였다.

  ∘ 이로써 신경세포가 표면지형을 인지하는 원리를 새롭게 제시하였고, 향후 신경세포의 발달조절을 통한 나노기술의 의공학적 응용가능성을 높일 것으로 기대된다.

□  신경세포의 발달 과속화는 표면의 물리화학적 인자에 따라 신경돌기의 발달이 다르게 일어나는 가운데 생성 및 성장이 매우 급격하게 일어나는 현상으로 신경세포의 성장 제어에 있어서 필수적인 현상이며, 화학적 인자에 대한 연구에 비하여 물리적 인자에 대한 영향은 거의 알려지지 않았다.

신경세포의 성장을 제어할 수 있게 되면 신경재생 및 신경보철 등의 플랫폼으로 응용할 수 있어 화학 및 전자공학 등 여러 분야에서 신경세포와 인공표면 간의 인터페이스에 대한 융합연구가 현재 매우 활발하게 진행되고 있다.

□   GIST와 경희대, KAIST의 공동연구팀은 수직형 나노기둥 구조의 높이 및 밀도를 조절하여 수직형 나노기둥에 의한 신경세포의 발달과 신경돌기의 성장 가속화를 유도하고 그 원인을 규명하였다.

본 연구에서 사용된 나노기둥은 지형적 특징을 독립적으로 조절할 수 있으며, 세포배양 적합성이 탁월하여 연구팀은 2015년부터 2017년에 걸쳐 여러 편의 논문을 통해 줄기세포를 포함한 세포-나노재료 인터페이스로 쓰기에 적합한 플랫폼임을 확인한 바 있다.

연구팀은 금속을 촉매로 한 화학적 식각(etching)을 통해 나노기둥 구조체의 길이 및 밀도를 조절, 중추신경조직인 해마에서 추출한 신경세포의 신경돌기 성장 및 발달의 가속화를 유도하였으며 가속화의 원인이 나노기둥과 신경돌기의 강한 결합으로 인한 것임을 증명하였다.

이 나노기둥 기판에서 배양된 중추 신경세포의 세포 생존능을 분석한 결과 대조군 대비 약 100%의 매우 높은 세포생존능을 나타냈으며, 배양 1일차에 형성된 신경돌기의 길이가 90μm 로 대조군(50μm) 대비 1.8더 길게 성장되었다.

또한 나노기둥 위에서 배양된 신경세포는 대조군 대비 작은 성장원추(growth cone)를 가졌으며, 성장원추내의 초점접착역(focal adhesion) 단백질의 발현이 대조군 대비 2배 증가한 것을 확인하였다.

아울러 각기 높이가 다른 나노 기둥에서의 신경세포 배양 결과, 신경돌기의 발달 단계는 나노기둥의 유무에 따라 크게 바뀜에 반해 그 성장속도는 나노기둥의 높이가 300nm에서 1300nm로 높아짐에 비례하여 증가하며, 세포가 나노기둥에 완전히 지지될 경우 그 속도가 일정해짐을 확인했다.

□   윤명한 교수중추 신경세포의 성장 제어기술은 종래의 조직 재생의 난제로 존재하는 신경돌기 재생의 실마리를 찾을 수 있어 최근 재생의학 분야에서 가장 관심이 큰 주제라며 이번에 증명된 중추 신경세포의 가속화 현상은 화학적 인자의 도움 없이 지형학적 인자로도 신경돌기 성장의 가속화를 일으킬 수 있어 추후 신경보철 등의 신경재생 플랫폼의 설계에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.

□   이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업, 미래유망 융합기술 파이오니아사업, 창의연구지원사업 및 광주과학기술원의 재원인 GRI(GIST연구원) 사업의 지원을 받아 수행됐으며 논문은 나노기술 분야 권위지인 나노리서치(Nanoscale Research) 20171010() 온라인 판에 게재됐다. <>

논문 제목 : Strong Contact Coupling of Neuronal Growth Cones with Height-Controlled Vertical Silicon Nanocolumns

       - 대표교신저자 : GIST 윤명한 교수(신소재공학부)

       - 공동교신저자 : 경희대 강경태 교수(응용화학과), KAIST 최인성 교수(화학과)

     - 1저자 : 김성민 박사과정생(신소재공학부)


콘텐츠담당 : 대외협력팀(T.2024)