스위스 로잔공대(EPFL)의 연구자들이 전체 군집으로부터 단일 세포를 분석하기 위한 새로운 랩 온어 칩 기술(Lab-on-a-chip)을 개발하는데 성공했다. 비드(bead)와 미세유체(microfluidic)를 이용한 이 새로운 기술은 암세포와 같은 세포 군집을 연구하는 현재의 방법을 변화시킬 수 있을 것으로 보인다. 암과 같은 세포 집합체에서 개개의 세포들은 생화학적 측면이나 기능적인 측면에서 크게 차이가 날 수도 있다. 이러한 다양성을 완전하게 이해하기 위해 DNA, RNA, 그리고 단백질 사이의 상호관련성과 같은 개별적인 세포들 사이의 속성에 관한 프로파일을 정확하게 이해할 필요가 있다. 이러한 연구는 항상 도전적인데, 그 이유는 세포들의 작은 크기와 더불어 이들이 또한 엄청나게 많은 작은 분자들을 포함하고 있기 때문에 기술적, 물리적인 한계가 존재하기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 EPFL의 연구자들은 이제 처음으로 임상진단에서 이용될 수 있는 단일세포들을 연구하는 목적으로 미세유체와 결합된 비드를 만들어 테스트해보고자 했다. 이와 관련된 연구 결과는 Small지에 게재되었다. 효과적인 단일세포 분석을 위해서는 두 가지 장애물이 존재한다. 우선, 많은 수의 작은 바이오 분자들이 조사대상이라는 점이 첫 문제이고, 다음으로 처리해야 할 세포의 수가 특히 거대 분자들 속에서 몇몇 경우만 탐지해야 하는 상황에서는 문제가 될 수 있다.
EPFL의 Horst Vogel랩 소속의 연구자들은 이러한 문제를 몇몇 미세 기술을 이용해 해결할 수 있었다. 연구자들은 마이크로미터에서 마이크로미터 이하의 크기를 지닌 결합 비드를 세포에 전달하고 미세유체 통로에서 이들을 회수하는 전략을 이용했다. 박사과정생인 Michael Werner에 의해 개발된 이 기술에서 단일 세포 내의 목표 분자들은 마이크로미터 크기의 실리콘 비드에 의해 사로잡히게 된다. 이전에는 이러한 실험은 항체를 이용한 방법으로 수행된 바 있다.
단일 세포를 획득하게 되면 다음으로 이 비드들은 파고솜(phagosome)이라고 불리는 세포 내부의 갇힌 우리 속에서 내재화된다. 이때, 파고솜이 비드들이 세포 내에서 목표 분자들을 찾는 과정을 방해하기 때문에 문제가 발생한다. 파고솜으로부터 이 비드들을 자유롭게 하기 위해, 연구자들은 광학적 트릭을 이용했다. 이 비드들과 함께 연구자들은 광민감 분자들을 함께 배양했으며 이들은 파고솜의 세포막에 결합할 수 있다.
빛이 세포에 가하면 광민감 분자들은 파고솜의 세포막을 파괴시킨다. 세포막이 파괴된 다음 이 비드들은 자유롭게 세포 내부에서 방출되어 세포로부터 목표 분자들을 모을 수 있게 된다. 다음으로, 비드를 포함하고 있는 세포들은 미세유체 칩을 통과하게 된다. 이 작은 장치를 유리 슬라이드 내에 에칭하고 작은 통로를 통해 흘러보내며 그 흐름을 조절할 수 있도록 연구자들은 디자인했다.
이번 연구에서 이 통로는 매우 작아서 제한된 시간 내에 오직 하나의 세포만이 통과할 수 있다. 이 세포들은 레이저를 이용해 개개의 세포로 분리될 수 있다. 이 세포들은 융해된 후 가지고 있던 비드들을 내보내게 되고 원하는 바이오 분자들을 얻을 수 있게 된다. EPFL의 이번 연구에서, 연구자들은 많은 수들의 다양한 세포들을 대상으로 이 새로운 세포 분석 방법을 적용시켜 보았다. 연구팀은 현재 실제 암세포에 이 방법을 적용시켜보고자 로잔에 있는 슈브병원(Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV))에서 이를 적용한 테스트를 진행 중이다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 “Werner M, Palankar R, Arm L, Hovius R, Vogel H. "Microfluidic Single-Cell Analysis with Affinity Beads." Small DOI: 10.1002/smll.201402650”을 참고하기 바란다.
