자기장 제어·생분해 가능한 모듈형 스페로이드 플랫폼 개발
국제학술지 ‘Biomaterials’ 게재... 암 모델·약물 스크리닝·조직공학 등 다양한 바이오 분야 활용 기대
서울시립대학교 화학공학과 이종범 교수 연구팀(제1저자 김경아 등)이 수행한 연구 논문 ‘Magnetic RNA Building Blocks (RBBs)-driven Modular Spheroid Assembly’가 생체재료 분야의 국제 학술지 ‘Biomaterials’에 온라인 게재됐으며, 2026년 11월 334권에 게재될 예정이다.
이번 연구는 조직공학, 질병 모델링, 약물 스크리닝 분야에서 중요한 3차원 세포배양체인 스페로이드(spheroid)를 보다 정밀하고 재현성 있게 제작하기 위한 새로운 RNA 기반 플랫폼을 제시했다. 기존 스페로이드 제작 방식은 크기와 형태의 균일성, 구조적 제어, 생체적합성 측면에서 한계가 있었으나, 연구팀은 이를 극복하기 위해 자성 RNA 빌딩블록(RNA Building Blocks, RBBs)과 세포 빌딩블록(Cell Building Blocks, CBBs)을 결합한 모듈형 조립 전략을 개발했다.
연구팀은 환 전사 기법(rolling circle transcription, RCT) 반응 과정에서 생성되는 RNA 구조체에 망간 기반 무기성분을 결합시켜 자성 특성을 부여하고, 동시에 DBCO 기능화 뉴클레오타이드를 도입해 세포 표면의 아지드(azide)기와 선택적으로 결합할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 RNA 빌딩블록인 RBB와 세포 빌딩블록인 CBB가 생체직교 클릭화학 반응을 통해 빠르고 선택적으로 결합하며, 외부 자기장에 의해 3차원 세포 구조체의 위치와 배열을 정밀하게 조절할 수 있음을 입증했다.
이 플랫폼을 활용해 제작된 스페로이드는 균일한 3차원 구조와 높은 세포 생존율을 나타냈다. 특히 자궁경부암(HeLa), 간암(HepG2), 인간 피부 섬유아세포(HDF), 흑색종(A375) 등 다양한 세포주에서 적용 가능성을 확인했으며, RBB가 삽입된 스페로이드는 기존 방식으로 제작한 스페로이드에 비해 향상된 구조적 안정성과 기계적 강도를 보였다.
또한 이번 기술은 단순한 세포 응집체 형성을 넘어, 서로 다른 세포군을 공간적으로 배치하는 이종세포성 모듈형 스페로이드 제작에도 활용할 수 있다. 외부 자기장을 이용하면 스페로이드를 원하는 방향으로 이동시키거나 링 구조와 같은 정해진 패턴으로 배열할 수 있으며, 추가 클릭화학 반응을 통해 복합 조직과 유사한 계층적 구조를 구현할 수 있다. 더불어 RBB는 생리적 환원 조건에서 글루타티온(GSH)에 의해 분해될 수 있어, 조립 이후 잔류 자성 지지체를 제거할 수 있는 생분해성 플랫폼이라는 점에서도 의미가 크다.
생체 내 응용 가능성도 확인됐다. 연구팀은 분산 세포, 기존 스페로이드, 모듈형 스페로이드를 비교하는 종양 이식 동물모델을 구축했으며, 모듈형 스페로이드가 더 높은 구조적 안정성과 생착성을 보이며 종양 모델 형성 효율을 높일 수 있음을 확인했다. 향후 암 생물학 연구와 약물 평가를 위한 보다 정밀한 3차원 종양 모델 구축에 크게 기여할 것으로 기대된다.
연구책임자인 이종범 교수는 “이번 연구는 RNA를 단순한 유전정보 전달 물질이 아니라, 세포와 직접 결합하고 자기장으로 제어되며 필요 시 분해될 수 있는 기능성 생체재료로 확장한 사례”라며, “향후 암 모델, 약물 스크리닝, 조직공학, 재생의학 분야에서 정밀한 3차원 세포 구조체를 제작하는 핵심 플랫폼으로 발전할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 성과는 과학기술정보통신부 개인기초연구사업(중견연구)과 바이오·의료기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
논문명: Magnetic RNA Building Blocks (RBBs)-driven Modular Spheroid Assembly
논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124297
