세계 첫 개구리 줄기세포로 살아있는 로봇 개발

- 세포로 조립된 초미니 '제노 봇' 약물 전달 및 독성 폐기물 정화 활용 가능

▲출처: 버몬트대학교(University of Vermont)

개구리의 배아세포로 만든 살아있는 로봇 ‘제노 봇(Xenobot)’이 개발됐다. 스스로 물질을 운반할 수 있는 제노 봇은 인체의 아픈 곳에 약물을 운반하거나 혈관에 축적된 노폐물을 제거해 동맥경화를 막을 수 있을 것으로 기대된다.

버몬트대학교(University of Vermont) 로봇공학자 조슈아 본가드(Joshua Bongard)와 터프츠대학교(Tufts University) 생물학자 마이클 레빈(Michael Levin) 공동 연구진이 개구리 피부와 심장근육 세포로 세계 첫 살아있는 로봇 개발에 성공했다.

연구 결과는 미국 국립과학원(NAS, National Academy of Sciences) 회보(PNAS)에 논문명 ‘재구성 가능한 유기체를 설계를 위한 확장 가능한 파이프라인(A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms)’으로 1월 13일(현지 시각)에 게재됐다.

먼저 버몬트대학에 있는 슈퍼컴퓨터를 사용해 진화 알고리즘으로 시뮬레이션을 했다. 500~1,000개의 살아있는 피부세포와 심근세포를 어떤 모양과 구조로 조립하면 효율적인 운동이 가능한가를 수천 종류의 디자인 후보 중에서 선별했다.

심장세포는 자발적으로 수축하고 이완되기 때문에 에너지가 소진될 때까지 로봇을 구동하는 소형 엔진처럼 작동한다. 세포의 에너지는 로봇이 일주일에서 10일 이상 생존 가능하다

그다음으로 아프리카 발톱 개구리의 살아있는 배아에서 줄기세포를 채취해 배양했다. 이후 작은 크기의 족집게와 전극을 사용해 세포를 성형하고 슈퍼컴퓨터가 지정한 디자인과 가깝게 결합한 1mm 미만인 로봇을 만들었다. 제논 봇(Xenobot)이라는 이름은 아프리카 발톱 개구리의 학명 ‘제노푸스(Xenopus laevis)’에서 딴 것이다.

다음 영상을 보면 실제로 제노 봇을 제조하기 위해서는 먼저 아프리카 발톱 개구리의 배아에서 줄기세포를 분리, 배양한다. 그다음 줄기세포를 슈퍼컴퓨터를 사용해 디자인한 모습으로 만든다. 로봇의 크기는 1mm 미만으로, 활동에 필요한 에너지는 세포 내에 저장되어 있기 때문에, 수일에서 수 주 동안 물속에서 움직일 수 있다.

특히 제노 봇은 살아있는 세포로 만들어져 있어 만약 부분 파손이 되더라도 자기 재생이 가능하다. 또한 자유로운 형태로 조립이 가능하기 때문에 로봇 안에 약을 보관하고 운반 할 수 있다. 

그 밖에도 인체 동맥에 축적된 노폐물을 제거하거나 바다나 강 수질 정화, 방사성 물질 발견 등 용도로도 사용할 수 있다.

지금까지 많은 로봇은 금속, 플라스틱 등으로 만들어져 있는데, 이들 중에는 많은 유해 물질이 들어 있어 인체나 환경에 악영향을 미친다. 하지만 살아있는 세포에서 만들어진 로봇은 활동이 끝나면 생분해되어 버린다.

연구진은 “앞으로 혈관, 신경계, 원시적인 눈 등의 감각 기관을 갖춘 제노 봇을 개발할 계획”이라며, “포유류 세포에서 생산하면 수중뿐만 아니라 육상에서 활동 가능한 제노 봇을 만들 수 있다”라고 밝혔다.

김들풀 기자 itnews@