포스테키안

2021 봄호 / 최신 기술 소개

2021-04-19 45

01

세계 최초 조립형 인공 장기 어셈블로이드 

참고문헌 

박진호, 『POSTECH–서울대병원 연구팀, Nature지에 신개념 어셈블로이드 발표』, 『뉴데일리』 2020.12.17

http://tk.newdaily.co.kr/site/data/html/2020/12/17/2020121700216.html 

포스텍 연구성과, 『생명 신근유 교수팀, 인체장기 완벽 재현한 조립형 ‘미니장기’ 나왔다 』, 2020.12.17  https://bit.ly/37rxfGl 

4차 산업 혁명 시대의 도래 이후 3D 프린터로 다양한 인공 장기를 찍어 낸다는 것, 많이 들어보셨을 텐데요. 하지만 이들의 대부분은 장기의 성숙한 구조를 모사하지 못하고, 조직 내의 화학적 환경을 반영하지 못하는 등 한계가 존재했습니다. 그런데 이번 포스텍 생명공학과 신근유 교수 연구팀은 이러한 단점들을 극복한 신개념 장기 모사체인 조립형 인공 장기를 개발했습니다! 연구진은 이 기술을 ‘어셈블로이드’라고 이름 지었는데요. 개발 과정에서 오로지 국내 기술로만 연구, 개발되었다는 점에서 더욱더 놀라움을 자아내는 기술입니다! 어셈블로이드의 개발에 있어 키워드는 ‘조직화’인데요, 체내 장기들에 존재하는 다양한 세포와 조직 줄기세포를 재구성하여 상피세포-기질 층-근육세포층으로 조직화된 인공 장기를 개발하였습니다. 또한, 실험을 진행한 결과, 어셈블로이드의 단일 세포 수준에서의 유전자 발현이 인간의 성체 장기와 동일하였고, 손상에 따른 조직의 재생 반응 또한 동일하게 재현하고 있음을 확인하며 기존 인공 장기의 한계점을 깨트렸음을 보여주었습니다. 인간 종양에서도 이 기술이 활용되는데요. 종양의 생리학적 특징을 완벽하게 모사하는 ‘종양 어셈블로이드’를 활용하여 종양 가소성의 중요 요인을 밝혀냈습니다. 여기서 가소성이란, 어떤 유전자형의 발현이 특정한 환경 요인을 따라 특정 방향으로 변화하는 것을 뜻합니다. 따라서 종양 주변의 환경을 파악하는 것이 중요한데요, 실험 결과를 통해 종양 세포-기질 세포 사이의 신호 전달 과정이 종양 가소성을 조절하는 데 중요하다는 것이 발견되었습니다. 이렇게 어셈블로이드는 미래 신약 개발의 혁신 플랫폼의 역할로 유망하다는 평가를 받고 있습니다. 앞으로 이를 활용하여 암이나 조현병, 치매 등의 다양한 난치성 질병을 분석하고, 치료할 수 있게 될 미래가 기대됩니다! 

 

02

연필심으로 상온에서 다이아몬드를 만든다? 현대판 연금술 

참고문헌 

에스오디(SOD), 『연필심으로 다이아몬드를 ‘상온’에서 만들어낸 현대판 연금술』,

2021.1.11  https://www.youtube.com/watch?v=v1YIuTA1zz8 

다이아몬드와 흑연, 두 물질의 공통점이 무엇인지 아시나요? 네, 맞습니다. 탄소(C)라는 원소로 이루어져 있다는 것이죠. 하지만 두 물질이 다른 이유는, 바로 ‘결정 구조’의 차이가 있기 때문입니다. 다이아몬드는 탄소 원자들이 다른 4개의 탄소 원자와 결합하여 입방 결정 구조를 이루고 있지만, 흑연은 탄소 원자가 결합한 형태가 육각형으로 얇게 이어져 있습니다. 이 차이 때문에 같은 원소이지만 전혀 다른 성질을 갖게 되는 것이죠.  2020년 11월, 호주 국립대 물리학과 연구진은 연필심, 샤프심 등에 쓰이는 흑연을 상온에서 다이아몬드로 바꾸는 것에 성공했습니다. 일반적으로 다이아몬드는 섭씨 1,000도 이상과 엄청난 고압 아래에서 수십억 년에 걸쳐 만들어지는 만큼 비싼 가격을 자랑하고, 진귀한 보석으로 알려져 있죠! 하지만 상온에서 흑연의 특이적 구조를 바꾸어 다이아몬드를 만든 이 연구는 ‘자연을 거스르는 연구’라 평가받고 있습니다. 연구진들은 인장력이나 압력과 같은 다양한 힘 중 ‘전단 응력’을 이용하여 구조를 바꾸는 데 성공했는데요, 전단 응력이란 크기가 같고 방향이 반대인 한 쌍의 힘이 작용하는 것을 말합니다. 쉽게 말하여 우리가 손을 비빌 때, 또는 재료를 가위로 자르듯이 절단할 때에 발생하는 힘이죠. 연구진들은 80GPa이라는 고압의 전단 응력을 흑연에 가하여 흑연의 구조를 다이아몬드로 바꾸는 데에 성공했고, 이를 ‘현대판 연금술’이라고 불렀습니다. 앞으로 계속될 연구를 통하여 상온에서, 보다 낮은 압력에서 다이아몬드를 제조하게 된다면, 높은 경도를 자랑하는 다이아몬드를 다양한 연구, 산업 현장에서 이용할 수 있겠네요! 그 미래를 하루빨리 마주하고 싶습니다. 

 

03

스스로 움직이는 자가 추진 물질 

참고문헌 

이성규, 『모터 필요 없는 ‘자가 추진’ 물질 발견 』, 『The Science Times』, 2021.02.03

https:// www.sciencetimes.co.kr/news/%EB%AA%A8%ED%84%B0-%ED%95%84%EC%9A%94- %EC%97%86%EB%8A%94-%EC%9E%90%EA%B0%80-%EC%B6%94%EC%A7%84- %EB%AC%BC%EC%A7%88-%EB%B0%9C%EA%B2%AC/ 

흔히 ‘무한 동력’이라고 하죠? 외부 에너지원 없이 스스로 움직이는 물질, 많이들 상상해 보셨을 텐데요. Nature Materials 최신 호에 미국 매사추세츠 애머스트 대학 연구진이 외부 동력원 없이 자신의 에너지만으로 움직일 수 있는 자가 추진 물질을 개발한 것이 등재되었습니다. 이는 파리지옥과 같은 식충 식물이 움직이는 방법에 착안해 개발되었는데요. 이 물질은 환경에서 나오는 에너지의 흐름에만 의존해 물질 내부의 수분이 재조정되게 되어 빨리 움직인 다음 다시 제 모양으로 되돌아오는 동작을 반복할 수 있습니다. ‘스냅 불안정성’이라고 불리는 이 원리는 고무총과 같은 장난감이나 소형 로봇, 스프링 등 다양한 장치에서 적용되는데요. 길고 탄력 있는 젤 조각이 증발에 의해 수분을 잃어 특정 수준에 도달했을 때 이러한 움직임을 보인다는 것이 발견되었습니다. 연구진은 더 나아가서 이 움직임을 중심으로 다양한 젤 모양을 구현하여 스스로 계단을 오르는 등의 움직임까지 구현할 수 있었습니다. 이번 연구에 참여한 알 크로스비 교수는 “이번 연구는 증발이라는 환경과의 상호 작용을 통해 강력한 움직임을 생성하는 방법을 보여주는데, 특히 모터나 배터리 또는 기타 에너지를 사용하기 어려운 초소형의 새로운 로봇을 설계하는 데 중요하게 사용될 수 있다”라고 밝혔습니다. 아직은 단순한 움직임에 불과하지만, 차후 환경과 증발에 관한 연구가 더욱 증진되어 현재의 에너지 문제에 대한 해결책이 되어줄지도 모르겠습니다. 다양한 환경에서 상이한 움직임을 보일 새로운 로봇들이 벌써 기대가 됩니다! 

 

04

AI가 수학 공식을 만든다 라마누잔 머신 

참고문헌 

이강봉, 『AI가 ‘수학 공식’을 만들기 시작했다.』, 『The Science Times』, 2021.02.16  

https://www.sciencetimes.co.kr/news/ai%EA%B0%80-%EC%88%98%ED%95%99- %EA%B3%B5%EC%8B%9D%EC%9D%84-%EB%A7%8C%EB%93%A4%EA%B8%B0-%EC%8B%9C %EC%9E%91%ED%96%88%EB%8B%A4/ 

과학 기술의 발전에 따라, AI는 우리의 일상 속에 스며들며 친숙한 존재가 되었는데요. 이젠 그 AI가 수학 공식까지 만들 수 있게 되었다고 합니다! 테크니온 이스라엘 공과대학에서 지난 2019년 개발한 인공 지능이 수학 가설을 생성하기 시작했다고 하는데요. 이를 천재 수학자인 라마누잔의 이름에 기인해 ‘라마누잔 머신’이라고 이름 붙였다고 합니다. 보통 수학 가설을 만든다고 하면 기존의 가설들을 활용, 변형하여 더 심화한 공식을 도출하는 것을 떠올리실 텐데요, ‘라마누잔 머신’은 존재하는 수학적 지식을 이용하는 것이 아닌, 값이 변하지 않는 상수를 통해 새로운 개념의 방정식 가설을 제안한다고 합니다. 이는 수학자 라마누잔이 수학 가설을 제시했던 방법과 같은 방법이라고 하네요! 6,165개에 달하는 가설을 만들어낸 라마누잔의 업적을 대변하기라도 하듯, 라마누잔 머신을 통하여 현재까지 100개가 넘는 가설들이 만들어졌다고 합니다. 연구진들은 이에 그치지 않고 라마누잔 머신으로부터 생성된 다양한 가설들을 많은 사람에게 공유하기 위해 ‘RamanujanMachine.com’ 사이트를 개설하여 누구나 공유된 공식들을 공유하고, 증명을 시도할 수 있다고 하네요! 축적된 다양하고 방대한 수학 가설 데이터로 과연 어떠한 특이하고 재미있는 수학 공식이 나올지 굉장히 기대됩니다! 

 

글. 무은재학부 20학번 26기 알리미 최진석