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차세대 의료소재 나노인공세포 개발 성공

서강대 강태욱 교수 연구팀, 생체독성 문제 해결

기사입력 2016-12-21 06:18:43
차세대 의료소재 나노인공세포 개발 성공
동물세포와 개발된 나노인공세포 및 제작공정에 대한 모식도


[산업일보]
최근 암과 같은 주요 질병의 조기 진단 및 보다 정확한 치료를 위해 다양한 나노물질이 차세대 의료소재로 주목 받고 있다. 나노물질의 차세대 의료소재 활용연구가 빠르게 상용화되기 위해서는 생체독성 문제의 해결이 필수적이다.

기존 제작돼 온 나노물질들(예를 들어, 은 나노물질 혹은 양자점 나노물질)의 생체독성은 잘 알려진 사실이다. 나노물질을 보다 우리 몸에 사용하기 적합하게 만드는 방법 중의 하나는 이러한 물질 표면을 생체친화적인 물질로 코팅해주는 것이다. 하지만, 지금까지 보고된 방법들은 대부분 생산량이 매우 낮고, 아울러 원하는 생체적합한 물질로 코팅된 나노물질에 대한 순도가 1% 이하로 매우 낮았다. 따라서 별도의 분리공정을 거쳐 순도를 높여야 한다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 새로운 공정의 개발이 필요한 실정이다.

미래창조과학부는 “암 등 주요 질병을 치료하기 위해 약물을 전달하거나 질병 영상화를 위한 조영제 등에 사용될 수 있는 차세대 의료소재인 무(無)독성 나노인공세포를 효율적으로 생산하는 공정을 개발했다”고 밝혔다.

강태욱 교수 연구팀(서강대)은 내부에는 금속 나노입자, 외부에는 리포좀(liposome)으로 이루어진 독이 없는 나노인공세포를 개발했다. 리포좀 내부에서만 자동적으로 나노입자가 생성하도록 해 별도의 분리정제 공정이 필요하지 않다. 기존 방법 대비 순도는 약 100배 높아져 의료소재의 비용을 획기적으로 낮출 수 있게 됐다.

강 교수 연구팀은 무독성 나노인공세포만을 별도의 분리공정 없이 높은 순도로 생산하는 공정을 새롭게 개발했다. 개발된 무독성 나노인공세포는 (1)내부 금속 나노소재와 (2)외부 리포좀으로 이루어져 있다. 연구팀이 만들어낸 외부 리포좀은 인지질 이중층으로 이루어져 있다. 이것은 인간의 세포와 같은 성분이며, 같은 구조이다.

강 교수팀은 인간의 세포의 주요 성분인 인지질 이중층으로 이루어진 리포좀(liposome)에서 관찰되는 독특한 물질투과 현상에 착안해 리포좀 내부에서 나노소재가 성장하도록 유도했다.

연구팀은 먼저 크기가 커 투과가 어려운 분자(예를 들어, 환원제)를 리포좀이 생성될 때 선택적으로 내부에 담기도록 했다. 그리고 금속이온 중 일부가 리포좀 막을 투과해 내부로 확산되면서 내부에 존재하는 환원제와의 반응을 통해 금속 나노소재로 성장을 유도했다. 이를 통해 리포좀 내부에 나노소재를 자연적으로 형성시켜 나노인공세포를 만들었다.

외부 리포좀은 나노인공세포를 생체적합하게 만들어 주며, 아울러 리포좀 내부에서만 자동적으로 나노물질이 생성되기 때문에 기존 방법들의 생산량 및 순도 문제를 해결할 수 있었다. 순도는 100배 이상 증가됐다. 나노인공세포가 기존 금속 나노입자보다 10배 이상 더 뇌, 심장 및 간세포에 잘 전달됐고, 독성도 나타내지 않았다.

강태욱 교수는“이번 연구성과는 기존의 무기 나노입자를 차세대 바이오의료소재로 활용하기 위해 가장 큰 걸림돌인 생체독성의 문제를 해결하고, 아울러 의료소재의 비용을 높일 수 있는 별도의 분리정제과정 없이 순도를 높일 수 있는 기술을 개발한 것이다. 나노 인공세포는 향후 암과 같은 질병의 조기 진단 및 보다 정확한 치료에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 연구 의의를 밝혔다.

한편 강태욱 교수 연구팀(서강대)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원 등으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 국제적 학술지 사이언스(Science) 자매지인 사이언스 어드밴스(Science Advances) 12월 16일자에 게재됐다.
강은영 기자 qboom@kidd.co.kr

반갑습니다. 산업부 강은영 기자입니다. 산업 관련 빅데이터(Big Data), 3D프린터, 웨어러블 기기, 가상현실(VR) 분야 등과 함께, ‘산업인 24시’, ‘동영상 뉴스’, ‘동영상 인터뷰’ 를 통해 여러분을 찾아뵙겠습니다.

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