▲ ICL 과학자들이 세포 수술을 위한 마이크로 로봇 조작 모델을 제안했다.(사진=ICL)

영국 ’임페리얼 컬리지 런던(ICL)‘ 연구진이 세포 수술을 위한 새로운 마이크로 로봇 조작 모델을 제안했다고 밝혔다.

임페리얼 컬리지 런던은 24일(현지 시간) 대학 홈페이지를 통해 ICL 산하 햄린 센터(Hamlyn Center) 소속 과학자들이 세포 수술시 활용 가능한 마이크로 로봇 제어용 '분산 힘 제어 스킴(distributed force control scheme)'을 제안했다고 밝혔다.

연구진에 따르면 난자의 정자주입 등 세포 수술시 마이크로 도구가 목표 요소에 접근하기 위해선 세포에 충격을 주지않고 세포의 방향 및 자세를 위치시키는게 중요하다. 생물학적 세포의 방향성과 자세를 제어하는 것이 세포 수술에 필요한 핵심적인 기술인 셈이다.

예를 들어 세포질내 정자 주입시 세포의 ’면외 회전(out-of-plane rotation)‘을 수행하는데, 2개의 마이크로 피펫(실험실에서 소량의 액체를 재거나 할 때 쓰는 작은 관)을 이용해 수동으로 조작해 원하는 위치와 자세로 성숙한 난자를 위치시킨다. 이때 방향 및 자세 제어의 효율성과 정확성이 담보되어야 하는데, 사람이 수동으로 피펫을 조작하다 보면 실수가 발생할 수 있다. 이때 마이크로 로봇을 활용하면 작업을 단순화할 수 있다.

마이크로 로봇의 마이크로 조작을 위해선 ’광학 족집게(OT·optical tweezers)‘라는 다재다능한 도구가 활용된다. 세포에 직접 레이저를 노출할 경우 발생할 수 있는 세포 손상을 방지하기 위해 OT를 이용, 마이크로 로봇을 제어해 살아있는 세포 조직을 조작한다. 멀티-스팟(multi-spot) 평면 OT를 이용하면 마이크로 로봇의 평면 회전 동작을 구현할 수 있다. 문제는 마이크로 로봇의 면외 회전 조작을 평면 OT로 하는 것이 매우 힘들다는데 있다. 세팅 과정이 복잡하고 비용도 많이 든다.

ICL 연구진은 이번에 멀티-스팟 OT를 이용해 마이크로 로봇의 면외 회전 조작을 수행할 수 있는 분산 힘제어 스킴을 제안했다.

▲ 분산 힘제어 전략(왼쪽) 제어전략A, 오른쪽이 제어전략B)

연구팀이 제한한 분산 힘 제어 전략은 '제어 전략A(Control Based on Various Characteristic Distance)'와 '제어 전략B(Control Based on Various Power Intensity Distribution)' 등 2가지다. 이 2가지 전략을 활용해 연구팀은 평면 OT를 통해 마이크로 로봇의 면외 회전 제어를 구현했다.

연구팀은 이번에 제안한 스킴이 다양한 세포 수술(단일 세포 분석, 배아 세포 주입, 핵산 이식, 세포기관 조직검사) 등에 활용될 수 있다고 설명했다.