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MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 연구진은 신경전달물질인 도파민(dopamine)이 단일 세포에서 어떻게 방출되는지를 이미징하는데 성공했다. 생물학적 세포 간의 화학 신호는 생명을 유지하는데 매우 중요하지만, 기존의 기술로는 이러한 신호를 측정하는 것이 매우 어려웠다. 이 방법에는 20,000개의 센서 어레이가 사용되었고, 기존의 전극 기반의 방법보다 몇 배 이상의 시공간 해상도를 제공할 수 있었다. 세포는 방향과 시간에 따라 화학적 농도를 변화시킴으로써 서로 교통한다. 그러나 전위와는 달리, 이런 세포 및 세포 내의 네트워크 간의 화학적 신호를 측정하는 것은 매우 어렵다. 이번 연구진은 이런 문제를 극복할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 형광 나노센서는 단일 탄소 나노튜브를 기반으로 했고, 신경전달물질인 도파민이 세포에서 어떻게 방출되는지를 관찰할 수 있게 했다. 매우 작은 크기 때문에, 20,000 개의 센서들을 세포 주변에 배치시킬 수 있었다. 나노센서 어레이는 현미경 슬라이드 위에 증착시킨 단일벽 탄소 나노튜브로 구성되었다. 이런 나노튜브들은 레이저 광으로 여기될 때 전자기 스펙트럼의 근적외선 부분에서 형광을 발하고, 도파민의 존재 하에서 밝게 빛나도록 단일 가닥의 DNA로 탄소 나노튜브를 감싼다. 이런 센서로 세포 아래 표면을 이미징하고 근적외선 형광 영상을 만들 수 있기 때문에, 세포 속의 도파민 방출을 관찰할 수 있다. 단일벽 탄소 나노튜브는 바이오센서를 위한 다용도 빌딩 블록이고, 단일 분자 수준까지 탐지할 수 있다. 도파민에 민감한 나노센서를 세포 밑에 위치시킴으로써, 이번 연구진은 세포로부터 유출되는 도파민을 영상화할 수 있었고, 세포 표면 위의 ldquo;핫 스폿(hot spot)'을 확인할 수 있었고, 신경 전달 물질이 방출되는 방향을 매핑(mapping)할 수 있었다. 이 플랫폼은 단백질 기반의 센서보다 더 민감하고 더 빠르고, 광-표백되지 않는다는 몇 가지 이점을 가지고 있다. 이번 연구진은 생체 내의 화학 물질을 이미지화하는데 이 기술을 적용할 계획이다. 또한 세포 신호, 생물 약제 제조, 세포 치료와 관련된 단일 세포 동역학을 지속적으로 조사할 예정이다. 이 분석 기술은 매우 짧은 시간 동안에 발생하는 단일-세포 동역학을 연구하는데 매우 강력한 도구이다. 지금까지 현재의 분석도구로는 이러한 동역학을 관찰할 수 없었다. 이 연구결과는 생체 내에서 발생하는 신호 전달 체계에 대한 이해를 넓히고, 이런 이해를 바탕으로 세포 치료에 새로운 혁신을 불러올 수 있을 것이다. 이 연구결과는 PNAS에 ldquo;High-resolution imaging of cellular dopamine efflux using a fluorescent nanosensor array rdquo; 라는 제목으로 게재되었다. |
