타이레놀 과다 복용시 간 손상 제어 가능성 찾았다

포스텍 연구팀, 원하는 이온만 '쏙' 투과하는 '인공 세포막' 개발

자연계 세포막을 모방해 칼륨이온을 선택적으로 투과시키는 투과막을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공

원하는 이온만 선택적으로 투과시켜 배터리 분리막, 해수 담수화 등에 활용할 수 있는 '이온 선택 투과막'이 새롭게 개발됐다. 

포스텍은 오승수 신소재공학과·손창윤 화학과 교수 연구팀이 선정윤 서울대 재료공학부 교수 등과의 공동 연구를 통해 특정 이온만 선택적으로 투과하는 나노 두께의 이온 선택 투과막을 구현하는 데 성공, 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 지난 달 11일 게재했다고 4일 밝혔다.

이온 선택 투과막 기술의 핵심은 자연계 세포막을 인공적으로 모사하는 데 있다. 살아있는 세포는 원하는 이온만을 투과하는 세포막을 갖고 있어서다. 이온을 인식할 수 있는 작은 단위체가 지질막 내에 정렬되면서 이온 채널로 작용하는 원리다. 

연구팀은 이러한 원리에 착안해 칼륨이온만을 인식할 수 있는 DNA G-사중 나선 구조체가 지질막 내에서 효과적으로 배열되도록 만들었다. 그 결과 수 나노미터 두께의 얇은 막을 통해 물 분자, 음이온 및 다원자 양이온의 투과가 100% 차단됐고, 비슷한 크기의 1가 양이온들 중 칼륨이온만이 선택적으로 막을 통과했다. 특히 리튬이온과 비교할 때 칼륨이온의 크기가 2배 큰데도 칼륨이온에서 500% 더 큰 증폭 이온 신호를 검출해내는 데 성공했다. 

이어 칼륨 선택 투과막이 융합된 하이드로젤 이오닉 트랜지스터를 사용해, 생체의 간 조직에서 방출된 칼륨 신호를 세포 손상없이 실시간 모니터링하는 데도 성공했다. 칼륨이온 방출량 측정을 통해 아세트아미노펜의 주요 간 독성 매커니즘을 밝혔다. 

아세트아미노펜은 타아레놀의 주성분으로, 과다 복용시 간 손상이 발생한다. 이때 칼륨이온이 외부로 방출되는데 특정 해독제를 첨가할 때 칼륨 방출이 효과적으로 억제되는 것을 확인했다. 이처럼 칼륨이온 방출량 측정을 통해 간 해독제의 후보 물질을 검증한 건 이번이 처음이다.

연구를 이끈 오 교수는 "지질막 내부에 삽입된 이온 인식 단위만 교체하면 다른 이온이나 신경전달물질 등 다양한 분자를 선택적으로 통과시키는 인공 채널도 제작할 수 있다"며, "추후 세포 신호 체계나 뇌과학 연구, 약물 개발뿐만 아니라 리튬이온 추출에도 활용될 수 있다"라고 밝혔다. 

오승수 포스텍 신소재공학과 교수, 포스텍 제공

손창윤 포스텍 화학과 교수. 포스텍 제공

 

[박건희 기자 wissen@donga.com]