'금 나노막대 전기장'이 암세포 사멸시킨다

국립금오공과대학교(총장 곽호상) 화학생명과학과 장의순 교수 연구팀이 암세포에 금 나노막대(Gold nanorod, 이하 GNR)를 처리해, 전기장을 가했을 때 GNR의 피뢰침 역할을 통해 암세포들의 성장속도가 억제되고, 암세포의 사멸 속도를 촉진할 수 있다는 사실을 확인했다고 11일 밝혔다.

이 내용을 담은 논문 'Electric Field-Responsive Gold Nanoantennas for the Induction of a Locoregional Tumor pH Change Using Electrolytic Ablation Therapy'가 국제학술지인 ACS Nano(IF:15.8)에 7월 8일자 온라인에 게재됐다.

장의순 교수팀은 10여 년 전부터 GNR의 피뢰침 역할을 활용한 전기화학적 암치료 기술 연구를 이어왔다.

전기장의 작동원리는 이렇다. 외부 전기장을 가했을 때 부도체인 암세포 내에 전도성이 우수한 GNR의 표면에 전기장이 증폭되고 이로 인해 암세포들이 더 빠르게 사멸된다. GNR을 처리한 암세포들이 음극에서 양극 방향으로 빠르게 사멸됐다. 이같은 암세포 사멸 메커니즘은 연구는 이번이 처음이다.

연구팀이 발표한 암세포 사멸 메커니즘

① 저전압(≤ 10V/cm) 전기장에서 암세포들의 주요 사멸 원인은 전극 주변에서 물의 전기 분해에 의해 발생한 전기화학 종들에 의한 pH 변화임
② 외부 전기장에 의한 추가적인 암세포 사멸 원인은 음극(Cathode)에서 양극(Anode) 방향으로 이동하는 양이온(ex. Ca2+)들에 의해 음극 주변에 있는 암세포 내 증가하는 양이온 농도가 트리거 역할을 함
③ GNR을 처리한 암세포의 경우 암세포 내에 존재하는 GNR의 피뢰침 효과로 인해 암세포 내로 유입되는 Ca2+ 이온의 양이 대조군 보다 더 빠르게 증가함
④ 암세포 내 Ca2+ 이온의 증가로 소포체에 스트레스가 발생하고 미토콘드리아로부터 활성산소 발생이 증가하면서 암세포 사멸이 촉진됨
⑤ 특히, GNR의 피뢰침 효과로 전기화학적 결합력이 증가하면서 세포성장에 필요한 핵심 아미노산인 Methionine이 GNR 표면에 다량으로 결합되고 이로 인해 Methionine이 부족해진 암세포들은 세포분열 속도가 억제됨

암세포 사멸을 연구한 연구팀원들. 좌측부터 장의순 교수, 조아라 박사, 판차나단 마니바사간 박사, 한효원 박사. 금오공대 제공

연구의 제1저자 조아라 박사(응용화학과 졸업)는 "연구 결과를 바탕으로 GNR을 활용한 전기화학적 암치료 기술이 췌장암과 같이 면역항암제 반응률이 매우 낮은 고형암의 치료 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구결과는 지역대학 우수과학자 지원사업(한국연구재단), 혁신성장 피부건강기반 기술개발사업(한국보건산업진흥원), 지역지능화 혁신인재양성사업(정보통신기획평가원) 지원으로 수행됐다.

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대구CBS 이재기 기자 dlworll@daum.net

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