바이오인

핵심내용

           -다중영상 통해 종양 전이 가능성 진단할 수 있는 지능형 나노구조체 기반 대사환경 모니터링 기술개발-

□ 국내 연구진이 종양의 대사환경을 정밀하게 진단할 수 있는 지능형 나노구조체 기술을 개발했다. 향후 전이성이 높은 종양의 진단과 치료법 확립을 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.
  o 연세대 의대 영상의학교실 서진석, 양재문 교수가 주도한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 영국왕립화학회 발행 국제학술지 나노스케일(Nanoscale) 11월 28일자 온라인판에 게재되었다. 
(논문명 : Magnetic polyaniline nanohybrid for MR imaging and redox-sensing of cancer cells)

□ 연구팀은 고분자 폴리아닐린*을 자기공명영상(MRI)용 자성체**에 결합시켜 암 세포가 영양분을 활발하게 소비하고 있는지 알 수 있는 지능형 나노구조체를 설계했다. 
  o 암세포의 위치 파악에서 나아가 암 세포의 대사상태를 감지, 암 세포의 활성까지 정밀하게 파악할 수 있도록 한 것이다. 
* 폴리아닐린 : 전도성 공액 고분자의 일종으로, 도핑 상태에 따라 전기 전도성이 변함
* 자성체 : 자기장 내에서 자성이 생기는 십억분의 일 미터의 크기를 가지는 물질 

□ 폴리아닐린은 화학적 도핑*시 전기전도성이 변하는 특성 때문에 전기소자로 활용하려는 연구는 활발했지만 의료영상용 조영제로 활용하려는 시도는 드물었다. 
  o 이번 연구는 연구팀이 전이성 암세포의 산화환원* 상태에 따라 폴리아닐린의 색상이 변하는 것을 이용해 의학적 응용가능성을 모색한 데 따른 것이다. 
* 도핑(doping) : 불순물을 첨가하여 전기 소자의 특성을 바꾸는 과정
* 산화환원(RedOx) : 화학물질들 사이에 전자를 주고 받는 산화와 환원 과정을 총괄한 것. 모든 세포들은 성장과 증식을 위해 분자 상호간에 산화환원 과정을 지속함

□ 특히 전이성 높은 암 세포막에 존재하는 단백질에 특이적으로 결합하는 펩타이드를 부착하여 전이성 높은 암세포를 선택적으로 진단할 수 있도록 한 것도 특징이다. 
  o 연구팀은 제시된 지능형 나노구조체의 검지 효율을 더욱 높여 극미량의 전이성 암세포를 검출하기 위한 후속연구를 진행할 계획이다.

□ 서 교수는“자기공명 영상과 광학영상을 다각적으로 활용해 전이성 암세포의 위치를 정확히 인지하고 나아가 암세포의 활성도를 비침습적으로 진단할 수 있다는 것을 확인한 연구”라고 밝혔다.
  o 양 교수는“전기소자로만 이용되던 공액고분자를 나노구조체화 하여 의료용 소재로의 적용 가능성을 보인 연구”라고 밝혔다.

상세내용

 

연 구 결 과  개 요

 

1. 연구배경

21세기 의학 연구의 중요한 발전은 게놈 및 포스트 게놈을 포함 다양한 개인별 정보에 따른 맞춤형 진단과 그에 따른 치료를 할 것인가의 문제와 긴밀히 연결되어 있다. 본 연구에서는 기존 자기 공명 영상 등으로 사용하고 있는 자성체 및 화학적 상태 변화에 따른 전기 전도성 역시 변화하는 전도성 고분자의 일종인 폴리아닐린의 조합을 이용하여 암의 병변 위치 검출뿐만 아니라 해당 암의 전이 가능성 유무까지 검지할 수 있는 나노구조체를 개발하여 전이 가능성이 높은 암의 조기 진단을 가능하게 하고 나아가서는 실제 임상에서의 나노구조체 활용을 대폭 향상시킬 수 있는 시스템을 제안하였다.

 

2. 연구내용

효율적인 다기능성 나노구조체의 제작을 위하여 기존 자성체 제작 방법에서 착안한 연구실 독자적인 나노구조체 제조 방법을 개발하여 나노하이브리드 무기 금속-유기 고분자 코어-쉘 구조를 제안하였다. 이 나노구조체는 자성나노입자 코어와 폴리아닐린 껍데기로 구성되며, 자성나노입자의 기능 및 폴리아닐린의 기능을 모두 발현하게 함으로써 암의 정확한 위치 정보뿐만 아니라 암의 전이성 까지 알 수 있도록 설계하였다.

해당 나노구조체의 폴리아닐린으로서의 기능은 주변 매질의 수소이온농도를 조절함에 따라 나노구조체 중 폴리아닐린 부분의 화학적 상태가 변화하게 되고 그에 따른 광학적 성질 변화를 통해서 확인하였으며 자성체로서의 기능은 나노구조체의 자화도 검사 및 용액용 자기공명영상을 획득함으로써 확인하였다.

이러한 나노구조체를 우선적으로 암 세포에 주입하여 암 세포 상태에 따른 나노구조체의 광학적 특성이 변화하는 것을 확인하였고 마우스 모델에 역시 같은 나노구조체를 마우스 정맥 혈관을 통해 주입한 뒤 자기 공명 영상 및 광학 영상 분석을 통해서 암의 정확한 위치 정보 및 암의 상태에 따른 나노구조체의 광학 특성 변화를 통해서 암의 전이 가능성 유무 정보 역시 파악 가능함을 확인하였다.

 

3. 기대효과

이번 연구는 다기능성 나노구조체를 이용한 암에 대한 다중정보 인식 가능한 기술을 개발하였다는 점에서 의미가 있으며 본 나노구조체를 이용한 암 진단 기술을 발전시킨다면 향후 암의 조기 진단 기술 및 암 동시 치료 및 진단 기술 분야의 발전에 기여할 것으로 보인다.

 

 

연 구 결 과 문 답

이번 성과 뭐가 다른가		기존 전기소자 개발에만 집중되어 있던 공액고분자인 폴리아닐린을 진단용 바이오 물질로 사용하였으며 자기공명영상용으로 쓰이던 나노자성체와의 융합을 통해 암의 위치 정보 뿐만 아니라 암의 상태에 따른 해당 암의 전이성을 확인할 수 있는 제재를 구현하였다.
어디에 쓸 수 있나		암의 조기진단 및 예후확인을 위한 임상의학적 분야에 광범위하게 응용가능할 것으로 기대하고 있다.
실용화를 위한 과제는		연구초기 단계임을 고려할 때, 소재의 구조 및 조성의 최적화 및 대량 생산에 따른 경제성 확보 및 임상의학적 결과의 확보가 필요할 것이다.
연구를 시작한 계기는		기존 연구실에서 다년간 진행해 왔던 자성체를 이용한 자기공명영상 조영제 연구 및 최근 각광받는 유기 고분자 소재 전기소자의 생물학적 의학적 적용 가능성을 고려하던 중, 두 가지 소재의 융합연구의 일환으로 나노구조체를 개발하였다.
꼭 이루고 싶은 목표는		다양한 소재의 융합연구를 꾸준히 수행하여 임상학적 의미를 가지는 진단 및 치료 기술의 실용화 가능성을 높이는 기술적 초석을 마련하고 싶다.

 

...................(계속)

 

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