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  • 박종오 교수
  • 약물방출능을 가진 박테리아 기반의 마이크로 로봇 ’박테리아봇’의 개발
  • 박종오 교수(전남대학교 기계시스템 공학부)
  • ̸ :jopjnu.ac.kr
  • : 전남대학교 공대1A-208호실

  • 안녕하세요. 메트릭 회원 여러분!
    현재 많은 의료 분야에서 질병 치료 및 진단을 위해 다양한 형태의 마이크로 로봇이 개발되고 있습니다. 일반적인 마이크로 로봇은 그 크기가 매우 작고 마이크로 모터와 배터리를 통합하여 구동되기 때문에 개발하기가 매우 쉽지 않은데요. 최근 암이 뿜어내는 특정 화학 물질을 쫓아가 암과 싸울 수 있게 한 마이크로 로봇 제조 기술을 개발이 되어 큰 화제가 되고 있습니다.   살모넬라 박테리아에 미세전자기계시스템(MEMS)을 붙여 능동 약물 전달체로 만드는 이 새로운 기술은 전남대학교 기계시스템 공학부 박종오 교수님께서 연구하셨는데요. 현재 국제특허를 내시고 올해 상반기 쥐를 대상으로 한 동물 실험 결과를 정리한 논문을 발표할 예정이라고 합니다. 자. 그럼 교수님을 직접 찾아 뵙고 자세한 이야기를 나눠보도록 하겠습니다.







    1. 교수님께서 하고 계시는'박테리오봇' 연구에 대한 소개 부탁드립니다.

    - 박테리오봇은 제가 만든 단어인데요. 박테리아라는 생물과 초소형전자기계시스템의 결합체입니다. 박테리아가 암을 쫓아가는 운동 특성이 있기 때문에 박테리아들이 약단지를 끌고 암까지 도달하여 암을 치료하는 새로운 개념이라고 할 수 있습니다.


    2. 구체적으로 어떤 로봇방식을 연구하시게 되었나요?

    -  저는 오랫동안 로봇을 연구 했기 때문에 로봇의 기본 개념에 가급적 충실해서 연구를 했습니다.  로봇은 기본적으로 주변 환경을 인식 하는 센서, 그것을 보고 판단하는 두뇌, 그리고 반응들,   이러한 세가지 기능들이 있습니다.  저는 몇 년전부터 마이크로 나노 로봇에 대해 계속 연구하고 있었고, 마이크로 나노 로봇 쪽으로 연구하면서 어떻게 해야 하는가를 고민하다가 암을 스스로 움직여 찾는 박테리아의 유용한 기능을 마이크로 나노 로봇에 이용하자 라는 생각에서부터 아이디어가 나왔습니다.  박테리아에 대해 잘 몰랐기에 박테리아 전문가를 찾았습니다. 전문가와 상의했더니 상당히 재밌는 발상이라고 하더군요. 그래서 함께 개념을 도출했고, 또 연구를 할려면 경비가 있어야 하기 때문에 치열한 경합을 벌여 간신히 미래 융합 바이오 사업으로 진행되었습니다. 21세기는 보통 융합시대라고 합니다. 저는 전통적인 기계를 했습니다만, 계속 시대에 맞춰 제 자신을 적응을 할려고 노력하는데요.   그래서 기계, 전자, 화공, 미생물, 종양학 의사분들과 함께 연구하게 되었습니다. 지금은 기계, 전기, 전자 등 자기 전공이 무엇이 되는지는 별로 중요하지 않습니다.  21세기는 여러 분야를 섭렵하는 사람이 대접받는 시대입니다.


    3. 언론에 보도된 내용을 따르면, 그동안 의료 로봇에 대한 연구가 미세 약물 전달체로 분자 수준에서 주로 구상되며, 보통 외부 제어가 필요하다고 하는데 교수님께서 연구하신 '박테리오봇'은 이러한 장치나 방식에서 어떤 점이 다른 것인가요?

    - 크게 의료기기 관점에서 보면 DDS(Drug Delivery System, 약물전달체)(1)라고 하는데  보통 재료공학이나 소재공학 하시는 분들은 그 재료에 약을 붙여 암이나 질환이 있는 곳에 가게 만듭니다.  예를 들어 자성을 띄게 되면 자석이 철에 붙듯이  거의 자석을 움직여 찾아가도록 하는 방식인데 찾아가기엔 매우 수동적입니다.  로봇의 개념에서  마이크로 나노 로봇이 다른 것들과 다른 점은 바로 능동수송인 것입니다.   마이크로 나노 로봇은 능동 약물전달체로서 스스로 찾아가는 능동수송의 특징이 있습니다. 박테리오봇은 2010년에 국제원천특허성이 있다고 인정되어 특허등록까지 마친 상태입니다.



     4.  흔히 의료 로봇이 체내에 유입되었을 때 면역세포의 대식작용 등을 통해 소멸되어 이용에 매우 어렵다고들 합니다. 교수님께서 개발하신 '박테리오봇'은 이러한 기능에 장애는 없는 건가요?

    -  이 기술은 새로운 개념으로 특허를 얻었구요.  앞으로 할 일이 많을 겁니다. 지금 질문 하시는 상황에 대해서는 아무런 문제 없다라고 단편적으로 말할 수는 없으나 그것은 극복해야할 문제라고 생각합니다.



    5. 일반적으로 마이크로, 나노기술의 발전으로 로봇의 소형화에 관한 많은 궁금증이 제시되고 있는데, 교수님께서 바라보는 시각에서 마이크로 로봇의 생체 적합성에 관한 문제점은 어떻게 극복해야 하나요?

    -  인체는 거대한 마이크로 나노 클러스터(Nano Cluster)입니다. 나노 바이오나 마이크로 바이오 라고 요즘 많이 이야기 하는데요. 인체가 그렇습니다. 마이크로 또는 나노 바이오의 거대한 클러스터 복합체이죠. 그렇기 때문에 거기에 적응하기 위해 일반적으로 로봇을 연구하는 사람들은 인간을 흉내를 많이 냅니다.  로봇이 사람 크기 정도가 되면 가장 효율적인 방식입니다. 
    그러나, 마이크로의 효율적인 측면에서 사람을 마이크로로 취급하는 것은 매우 비현실적입니다. 마이크로로 생각해보면 미생물중에서 박테리아가 몸통이 1마이크로 정도 되고 꼬리가 10마이크로 정도 되는데, 그정도 크기의 로봇을 만들려면 박테리아에서 배워야만 합니다.   생체모사(2) 라고 하는데요, 사람이든 동물이든 미생물이든 수천만년 수억년 진화되었기 때문에 그것을 유심히 바라보는 것이 매우 좋습니다. 그런 점에서 우선 인체는 마이크로 나노 바이오 클러스터 라는 것에서 그것과 상응하게 만들려면 로봇도 마이크로 나노로 만들어야 더 좋다는 것입니다. 생체적합성은 박테리아나 바이러스의 특성을 모사하는게 훨씬 효율적이며 박테리아도 인체와 마찬가지로 고분자로 되어 있습니다. 약물단지가 고분자로 생체 친화성 개념으로 만들어지기 때문에 박테리아 로봇 자체는 생체적합성이 당연히 있다고 할 수 있습니다. 


    6. 대처할 수 있는 생분해성, 생체적 합성 물질은 어떤 것이 현재 논의되고 있나요?

    -  여러 가지를 연구하고 있습니다. 생분해성의 개념처럼 약을 만들어서 넣는데는 시간이 가면서 녹을 것이 분명합니다. 그런 점에서 약을 과다 복용하는 것이 아니라 시간이 지나가면서 일정하게 약물이 분비되는 개념으로 연구가 진행되고 있습니다. 생체적합성 뿐만 아니라 생분해성 중에서도 인체 속에서 스스로 사라지는 생분해성 개념도 같이 연구를 하고 있습니다.


    7. 교수님께서 개발하신 '박테리오봇'의 장단점은 무엇인지 궁금합니다.

    - 장점은 능동성이 있다는 것입니다,  박테리아 자체가 암을 지향하기 때문에 '박테리오봇'이 스스로 능동적으로 암을 찾아갑니다. 약물 전체를 끌고 그곳에서 약물을 서서히 녹여 암을 공격을 하는데 약물은 암의 조직 속에 잘 들어가지 못합니다. 압력이나 여러가지 문제 때문에 일반적으로 약물은 암에 도착을 하더라도 암의 피부를 공격하는데 박테리아는 혐기성(무산소 상태에서 생명활동을 할 수 있는 성질) 특징이 있어 (침투성이 높습니다.)  또한 암은 급속적으로 성장하기 때문에 바깥만 급속히 성장하지 내부는 거의 괴사상태인데요. 박테리아는 그 속까지 침투합니다. 그래서 '박테리오봇'은 그 속에 있는 약물은 바깥을 공격하고 박테리아가 안에 들어가 암을 완벽하게 없앨 수 있는 것입니다, 능동성이 있고 표피와 내부를 같이 공격할수 있다는 장점이 있습니다. 현재 동물실험을 계속 하고 있습니다. 전체적으로 정리가 되면 공식적으로 논문에 출판하여 발표할 예정입니다. '박테리오봇'을 연구 했을 때 암까지 찾아간다는 것은 이미 검증을 했구요, 그 다음 약물전달체의 효율문제인데요. 도달효율성도 나름대로 세계 최고의 효율성의 약물전달체  0.1~1%정도 일본에서 사례가 있는데 거의 그 정도에 상응하고 있는 효율도입니다. 초기의 실험이지만 경우의 수를 늘려 훨씬 신뢰도가 높은 정보를 만들고 있습니다. 





    8. 의료용 마이크로 로봇에 대한 20세기에서는 핵, 생물학, 화학 등에 집중적으로 투자하여 암을 진단하고 치료하는 임상치료법들이 선행 연구 되었다고 합니다. 과거와 비교하여 어떤 점 현재 발전 된 건가요?

    - 관점차이인데요. 제가 보는 진정한 의미의 마이크로 로봇에 의해서 암을 공격하는 사례는 거의 없습니다. 이것은 첨단기술입니다. 21세기는 GNR(3)의 시대라고 하는데요. 유전공학과 나노기술, 로보틱스의 기술을 의미하는데요. 마이크로 나노 로봇은 GNR로 하나의 퓨전 분야라고 할수 있습니다. 이 분야는 새로운 분야입니다.  소재나 약물하시는 분들은 마이크로 나노 로봇이라고 이야기합니다만 로봇을 하는 사람의 관점에서 보면 하나의 입자이지 로봇이라고 말하기는 어렵습니다. 제가 생각하는 진정한 로봇은 스스로의 운동성을 가지고 있는 것을 말합니다. (과거의 개념과 마이크로 나노 로봇)의 개념에는 신빙성이 없습니다. (다시말해 과거보다 더 발전된 퓨전 분야로 새로운 분야인 GNR이라고 생각합니다.) 


    9. 선진국에서는 로봇공학, 유전공학, 나노기술에 관한 집중적인 투자와 육성을 통해 주도적으로 나가고 있지 않습니까. 교수님 그럼 의료용 로봇 기술에 대한 국내상황과 국외상황을 구체적으로 비교해 주신다면.

    -  잠자리같이 만들어서 날아가는 것도 마이크로 로봇이라고 하는데 진정한 의미의 마이크로 로봇은 아니죠, 제가 말하는 마이크로 나노 로봇은 크기 자체가 마이크로인 것을 말하는데요. 그 분야에서는 저희가 세계적으로 경쟁력을 가지고 있습니다. 벌써 십 몇 년 된 거 같은데요. 2년 전 2010년 5월에 혈관치료 마이크로 로봇을 세계 최초로 동물 실험에 성공했습니다. 살아있는 돼지 동맥에 실제로 로봇을 넣어 외부에서 조종을 하여 원하는 곳으로 끌고 가는 것을 세계 최초로 성공을 하였습니다. 이 분야는 저희가 세계적으로 앞서나가고 있습니다. 2001년 9월에는 대장내시경 로봇이라고 인체내에 있는 구부러진 대장을 기존 대장내시경( 막대기형 대장내시경)을 하였을 때  그 곳을 펴야 하기 때문에 매우 아픈데 조그만한 애벌레같은 모양으로 구부러진 대장을 그대로 따라가게 만드는 기술을 개발하여 발표를 하였습니다.

     

    인체에 들어가는 것은 항상 기술 개발과 더불어 임상적으로 성공을 해야 합니다.  2005년 기술이전이 되고, 그 다음에 했던 것이 KIST에서 프론트 사업단장시절에는 캡슐내시경을 개발했습니다. 
    2010년에 혈관치료 마이크로 로봇을 개발한 후 그 다음에 무엇을 할 것인가 고민하다 나온 아이디어가 '박테리오봇'이며 학문적으로는 나노 로봇까지 해당이 됩니다. 그래서 지금 나노로봇 문턱까지 도달했다고 할수 있습니다. 현재 마이크로나노로봇에 전문가 그룹들이 있습니다. 국제학회에 서로 초청해서 서로 만나 발표를 하고 계획이 되어 있기도 합니다.  혈관로봇은 저희가 제일 앞서있고, 다른쪽 분야는 저희가 경쟁하고 있습니다. '박테리오봇'은 저희가 처음 한 것이 아닙니다만 외국에서 로봇하는 전문가들이 먼저 일을 했는데 그것을 유심히 살펴보다가 관련 전문가들이 박테리아의 운동성만 연구를 했지 약물전달성에 대해서는 개념이 없더라구요. 그래서 빨리 특허를 내어서 국제 원천특허까지 등록하게 되어 우리에게 소유권이 있습니다. 박테리아를 이용한 로봇기술은 우리가 외국과 경쟁을 충분히 하고 있다고 말씀드릴 수 있습니다.


    10. 앞으로 '박테리오봇' 개발을 통해 계획하고 있는 연구 진행 방향을 설명 부탁드립니다. 

    - 저희 쪽 연구에는 여러가지 기술이 있습니다.   박테리아가 세균이라서 인체에 감염이 돼서 병이 될 수 있는데 세균의 나쁜 독을 없애는 사독화나 약독화에 대한 전문가가 있습니다.  박테리아만 가지고 연구하는 그룹이 있습니다.   전남대 의대의 백신사업단인데 외국에서도 경쟁을 하고 있는 분 들입니다.  서울대 전기과 쪽의 약물전달체 전문가분들이 계십니다.  그쪽에서 종양학과 의사분과 같이 약물전달체쪽의 생분해성을 연구를 하고 있고,  우리 전남대 로봇 연구소에서 박테리아와 약물전달체를 합친 박테리오봇을 연구하고 있습니다.  
     전 설명할 때 적과의 동침이란 얘기를 하는데 백혈구는 박테리아가 들어오면 죽이는데, 박테리오봇을 백혈구 속에 집어넣습니다. 그런데 백혈구가 적을 속에 품어서 안전하게 종양까지 가서 폭파되면 거기서 박테리오봇이 나와서 암을 공격하는 그런 새로운 개념들을 연구하고 있습니다. 박테리아 연구, 약물단지 연구, 그것을 붙이는 연구, 방향성 박테리오봇 제조기술 까지 현재 나온 것은 여러 팀들과 협력을 해서 쥐를 대상으로 실제로 박테리오봇이 암을 찾아가는 도달 효율까지는 나름대로 잘 되고 있구요.  박테리오봇이 약물 비슷한 것을 끌고 도달한다는 것까지는 검증이 되었고,  앞으로 해야 할 것은 최종적으로는 약물을 품고 간 박테리오봇의 치료효능이 어디까지 나왔다는 것을 검증해야겠지요.
    그리고. 선진국과 후진국 중진국의 차이점는 먼저 선점을 해서 특허를 걸어놓는 게 아주 중요합니다. 특히 의료로봇의 지적재산권을 지키는 것이 중요합니다. 다빈치라고하여 사람 손 대신에 수술하는 로봇은 미국에서 특허를 다 걸어놨습니다. 그래서 후발주자가 개발을 하려고 해도 안되는 겁니다. 그래서 저는 남들이 하지 않는 연구를 해서 먼저 특허를 걸어놓아야 한국이 국부창출을 할 수 있다고 생각합니다.




    11. 이런 연구를 하기 위해서는 선행되어야 하는 공부는 어떤 것이 필요하며 교수님의 연구팀에 참가하려면 어느 부분을 집중적 공부해야 할까요?

    - 로봇을 위해 이것저것 공부를 하는 이야기는 전혀 추천하지 않습니다. 모든 것에서 제일 중요한 것은 호기심이라고 할 수 있습니다. 제가 하고 있는 것은 재미있어 하는 것이지 의무적으로 하는 것이 아닙니다. 그래서 호기심이 중요합니다.
    그 다음에 자기가 관심이 있는 분야를 열심히 하면 됩니다. 로봇이라는 것도 인간공학과도 똑같습니다. 인간은 모든 일을 다 하잖아요. 마찬가지로 로봇은 사람처럼 모든 것을 다 합니다. 그렇기 때문에 <박테리오봇>을 위해서만 한다는 것은 좋은 방식이 아니구요. 자기가 잘하는 것, 기계설계를 잘하면 기계설계를 잘하면 되고, 제어기술, 화공, 각 분야에서 일을 잘하면 그게 자연스럽게 로봇에 다 포함이 됩니다. 지금 제가 하고 있는 게 단순히 마이크로 나노 로봇인게 아니라 매크로부터 다 하고 있습니다. 그렇기 때문에 모든 공학 물론 심리학 쪽은 일을 같이 하고 있지 않으나 공학이 일반적으로 다 협력이 가능한 학문입니다.


    12. METRIC회원들과 기계공학을 전공하는 학생들에게 한마디 부탁드립니다.

    - 이렇게 영상을 통해서 뵙게 돼서 반갑습니다. 저도 기계공학 5가지 역학을 다 공부 했습니다.  바이오시대는 급격히 변하고 있고 제가 전통적인 기계라고 했지만 기계에 장점이 많습니다. 다른 전자나 화공, 물론 이런 이야기를 어디 가서 말하지는 않지만 전체 시스템을 보는 눈이 다른 과에 비해 기계가 매우 강합니다. 이런 기계의 강점이 있기 때문에 열심히 해주시길 바랍니다. 전통기계만 머물러 있지 말고 다양한 분야에 강의도 들으신다면 더욱 더 좋을 것 같습니다.



    -  (1) 약물전달시스템(Drug Delivery System):   약물 방출 속도를 조절하거나 약물을 목표 부위에 효율적으로 전달하는 방법. 의약품의 부작용을 최소화하고 효능과 효과를 극대화하는 기술과 시스템

    -  (2) 생체모사 (생체모방):   생명을 뜻하는 'bios'와 모방이나 흉내를 의미하는 'mimesis' 이 두개의 그리스 단어에서 따온 단어로, 생체 모사는 자연에서 볼 수 있는 디자인적 요소들이나 생물체의 특성들의 연구 및 모방을 통해 인류의 과제를 해결하는 데 그 목적이 있다. 바이오미메틱스라고 불리기도 하며, 동일 단어로 생체모방이 있다.

    -  (3) GNR (Genetic engineering, nano-technology, Robotice)  : 유전공학, 나노기술, 로봇공학을 포함하는 퓨전 분야를 말함.



    * 인터뷰 진행: 정민경 리포터
    * 촬영 및 편집 : 박수진 ( sujin@metric.or.kr )
     

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감사합니다 (10)(2015.01.16)
10   김나령  
잘 보았습니다

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