활성산소로 암세포 죽이는 나노입자 개발

나노입자 안에 방사성 물질 ‘지르코늄-89′ 넣어
자외선이 나노입자 녹이면서 활성산소 발생

지르코늄-89가 도입된 다중구조의 나노물질의 암세포 사멸 기작 모식도. /한국원자력연구원

국내 연구진이 방사능 물질에서 나오는 자외선을 활용해 암세포를 죽이는 나노물질을 개발했다.

박정훈 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 가속기동위원소연구실장 연구팀이 방사성동위원소 ‘지르코늄-89′에서 발생하는 체렌코프 효과를 이용해 암세포를 죽이는 나노물질을 개발했다고 18일 밝혔다.

지르코늄-89는 전기적 성질을 가진 입자로 빛보다 빠르게 움직이며 자외선을 방출한다. 체렌코프 효과란 지르코늄-89와 같은 물질들이 물속에서 빛보다 빠르게 움직이며 빛이나 X선을 방출해 물이 푸른 빛을 내는 현상을 말한다. 원자로 수조가 푸른 빛을 내는 것도 이 효과 때문이다. 1958년 노벨 물리학상을 받은 러시아 과학자 체렌코프가 이 현상을 처음 발견했다.

박 실장 연구팀은 이러한 지르코늄-89를 머리카락 두께 500분의 1 정도 크기인 100나노미터(㎚)짜리 산화티타늄 나노입자 안에 넣었다. 나노입자 외부에는 산화망간을 첨가했다.

이 나노입자는 암세포에 붙어 세포 DNA를 손상시키는 산소 화합물인 ‘활성산소’를 이중으로 방출한다. 우선 지르코늄-89에서 나오는 자외선이 산화티타늄을 녹이면서 활성산소가 나온다. 또 암세포 주변의 약한 산성 조건 탓에 산화망간이 녹으면서도 활성산소가 발생한다. 각각 산화티타늄과 산화망간에서 나온 활성산소는 암세포 DNA를 손상시켜 사멸에 이르게 한다.

이번 연구 성과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제 학술지 ‘ACS 응용물질 및 계면’ 표지 논문으로 선정돼 이날 게재됐다. 박 실장 연구팀은 향후 대장암, 폐암, 간암을 비롯한 다양한 암세포주를 이용해 새로 개발한 나노입자 성능을 확인하는 전임상시험을 추진할 계획이다.

참고자료

ACS Applied Materials and Interface, DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.2c09195

한국원자력연구원 박정훈 박사 연구팀이 방사성동위원소 지르코늄-89(Zr-89)에서 발생하는 체렌코프 효과를 이용해 암 사멸 나노물질을 개발하는 데 성공했다. /한국원자력연구원

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