실험 실전 시리즈 2편: Transfection, 단순한 전달이 아니다

Transfection은 ‘전달’이 아니라 ‘협상’이다

많은 연구자들이 Transfection을 “세포에 DNA나 RNA를 넣는 과정”으로 단순하게 정의한다.
하지만 실제로 이 과정은 세포와 외부 물질 간의 협상(negotiation)이다.

세포는 외부로부터 오는 분자를 본능적으로 “침입자”로 인식한다.
따라서 Transfection은 세포의 방어 기전을 피해 ‘받아들일 만한 형태로 정보를 전달하는 기술’이다.

즉, 핵심은 reagent의 효율보다 세포가 받아들일 준비가 되었는가다.
효율 높은 reagent보다 중요한 건, 세포의 상태(대사, 성장 단계, 스트레스 레벨)다.

 

Reagent, Viral — “전달”의 두 가지 언어

세포내에 DNA나 RNA를 전달하는 방법은 크게 두 가지로 나뉜다.

방법 원리 특징 예시

방법		원리	특징	예시
Reagent-based	Lipid-based	양이온성 지질이 DNA/RNA와 복합체 형성 후 세포막과 융합	가장 일반적, 세포 독성 낮음	Lipofectamine, LTX 등
	Polymer-based	양전하 폴리머가 음전하 DNA와 결합, endocytosis 유도	대량 scale에 유리	PEI, PolyJet
Viral-based		AAV, Lentivirus 등 바이러스 벡터 이용	높은 효율, in vivo 적용 가능	Adenovirus AAV 등

여기서 중요한 건, 어떤 reagent가 더 좋냐가 아니라 ‘세포가 어떤 언어를 이해하느냐’이다.
예를 들어, 특정 cell은 lipid 기반 전달에 친화적이지만,

또 어떤 cell은 endosomal escape가 어려워 polymer 기반이 더 안정적이다.

즉, reagent는 “언어 도구”일 뿐, 진짜 핵심은 세포의 언어를 맞추는 것이다.

 

3. “효율이 떨어진다”의 진짜 이유

Transfection 효율 저하는 reagent 때문인 경우는 드물다.

대부분은 다음 네 가지 요인으로 설명된다.

 

1) 세포가 과도하게 confluent → 세포주기가 G0/G1로 정지되어 uptake 저하

2) medium 내 serum 단백질 간섭 → 복합체 형성 방해

3) pipetting 방식 오류 → 복합체 파괴 혹은 uneven distribution

4) DNA quality 저하 (A260/280 < 1.8) → lipid/polymer 결합 비율 불균형

 

따라서 “효율이 떨어진다”는 말은 reagent 문제가 아니라
세포 생리, DNA 품질, 복합체 형성 타이밍의 문제인 경우가 대부분이다.

물론 잘못된 lot의 영향이 있을 때도 있지만.....

 

4. 세포가 ‘받아들일 준비가 되었는가’

Transfection 전 세포의 상태는 성공의 절반이다.
아래 세 가지는 고효율 transfection의 기본 조건이다.

• Confluency: 60~80% — 세포가 phase 후반부에 있을 때 uptake 활발
• Antibiotic-free medium: 항생제는 endocytosis 억제 가능
• Fresh medium change: 노폐물이 reagent의 surface charge를 방해함

💡 팁:
Transfection 24시간 전 세포를 passage하여 균일한 상태로 맞춰두면, efficiency variation이 20~30% 줄어든다.

물론 세포 종류마다 transfection condition은 모두 다르기 때문에 최적의 condition을 찾는 과정이 필요하다.

 

5. DNA:Reagent ratio는 화학적 ‘균형점’이다

Transfection reagent protocol에는 늘 ratio가 제시된다 (예: 1 µg DNA : 2 µL reagent).
하지만 이 수치는 모든 세포에 동일하게 적용되지 않는다.

Reagent와 DNA가 결합하는 과정은 전기적 중화 반응에 가깝다.
양전하(+) lipid/polymer와 음전하(-) DNA 사이의 charge balance가 맞지 않으면
복합체가 너무 커지거나 불안정해져 세포막을 통과하지 못한다.

따라서 가장 이상적인 ratio는, 세포 독성이 최소이면서 fluorescence marker가 최대 발현되는 지점이다.
이건 경험이 아니라 시스템적인 optimization 실험으로 결정해야 한다.

 

6. Serum-free or not? ‘조건’이 아니라 ‘시점’의 문제

많은 프로토콜이 “Serum-free medium에서 복합체를 형성하라”고 한다.
하지만 실제로 serum-free 조건은 세포에 스트레스를 준다.

정답은,

• 복합체 형성 단계: serum-free
• 세포 노출 단계: serum-containing

즉, complex를 형성할 때만 serum-free로 진행하고,
세포에 적용한 후 4–6시간 뒤에는 반드시 complete medium으로 교체해야 한다.
이 단순한 타이밍 조절이 세포 생존율을 30~40% 향상시킨다.

물론 세포에 따라서 complete medium에서도, media change를 하지 않아도 아무런 문제가 없는 경우도 있다.

중요한 것은 세포에 전달하는 최적의 condition을 찾는 것

 

7. Transfection은 세포와의 “신뢰 구축”이다

결국 Transfection은 reagent의 싸움이 아니라 세포와의 신뢰 구축 과정이다.
세포가 “이 외부 정보를 받아들여도 괜찮다”고 느낄 만큼 스트레스가 낮고 환경이 안정되어야 한다.

실험자가 이를 이해하지 못하고 reagent만 바꿔가며 효율을 쫓는다면,
그건 언어가 통하지 않는 외교 시도나 다름없다.

세포는 우리보다 훨씬 정직하다.
받아들일 준비가 되어 있지 않으면, 어떤 reagent도 통하지 않는다.

 

📘 마치며 – 전달이 아닌 ‘소통’의 기술

Transfection은 생물학적 정보 교환의 기술이다.
효율이라는 숫자 뒤에는 세포의 생리, 화학적 균형, 물리적 타이밍이 숨어 있다.
우리가 reagent를 선택하고 조건을 조정하는 모든 과정은 결국 세포와 소통하기 위한 언어 선택이다.

세포는 데이터를 통해 말하지 않는다.
세포는 반응으로 답한다.
그리고 그 반응을 읽을 줄 아는 사람이 진짜 연구자다.

 

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✍️ 연구자의 메모

“Transfection은 DNA를 넣는 기술이 아니라, 세포와 대화하는 태도다.”