癌 진단→치료→면역반응 유도 한 번에…‘스마트 나노물질’ 나왔다

- 표준硏, 기존 단일 기능 한계 넘어선 다기능성 나노물질 개발
- 암세포를 겨냥해 상태 진단하고 치료 가능, 항암 부작용 낮춰

이은숙(왼쪽)·이진형 박사후연구원이 나노 디스크 합성을 위한 임프린팅 장비를 관측하고 있다.[KRISS 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 암(癌) 진단과 치료, 면역 반응 유도를 동시에 수행하는 나노물질을 개발하는 데 성공했다. 진단과 치료 중 한 가지 기능만 수행하던 기존 나노물질에 비해 치료 효율이 한층 높아 나노기술을 응용한 차세대 암 치료 플랫폼으로 활용될 것으로 기대된다.

현재 항암 치료에는 수술, 방사선 치료, 항암화학요법 방식이 주로 쓰이고 있다. 하지만 이 치료법은 암 부위뿐만 아니라 정상 조직까지 손상을 가해 부작용이 크다는 한계가 있다.

한국표준과학연구원(KRISS) 나노바이오측정그룹은 암 부위의 위치와 상태를 실시간으로 확인해 치료하고, 면역 반응 체계도 활성화하는 새로운 나노물질을 개발했다. 개발한 나노물질은 금(Au) 사이에 철(Fe)을 넣은 삼중 층 구조의 나노 디스크(AuFeAuNDs)다. 나노물질의 형태가 원판 가운데에 철을 끼운 꼴로 설계돼 기존 구형 물질보다 구조적 안정성이 뛰어나다. 또한 종양 부위에 자석을 대면 철의 자성으로 인해 나노물질을 쉽게 끌어당길 수 있어 치료 효율을 한층 높일 수 있다는 점도 장점이다.

이 나노 디스크는 광음향 영상(PA) 기능을 탑재해 종양의 위치와 물질의 전달 과정을 실시간 관측할 수 있다. PA는 나노 디스크에 빛(레이저)을 쏜 후 열로 인해 발생하는 진동(초음파)을 영상화하는 기술이다. 이 기능을 이용하면 나노물질이 종양 부위에 도달하는 시점에 맞춰 치료를 수행해 효과를 극대화할 수 있다. 실제 연구진은 쥐 실험에서 PA 기능으로 종양 부위에 나노입자가 축적되는 과정을 시간대별로 추적해 치료에 가장 효과적인 시점이 물질 투여 후 6시간이라는 점을 도출하는 데 성공했다.

다기능성 나노물질의 치료 플랫폼 모식도.[KRISS 제공]

또한 서로 다른 기전의 세 가지 치료 방식을 유기적으로 수행할 수 있어, 단일 요법만 가능한 물질에 비해 여러 형질의 암세포를 치료할 수 있을 것으로 기대된다.

치료 후에는 면역 반응 물질도 유도한다. 이번에 개발한 나노 디스크는 암세포가 사멸할 때 경고 신호(DAMPs)를 방출하게 만들어 우리 몸이 동일한 암세포를 기억하고 재발할 시 공격하도록 유도한다. 실제 쥐 실험에서 나노 디스크를 통해 경고 신호를 생성한 결과, 면역 세포의 수가 최대 3배가량 증가한 것을 확인했다.

나희경 KRISS 나노바이오측정그룹 박사는 “일반적인 나노물질이 단일 원소로 구성되어 한 가지의 기능을 수행하는 데 비해, 이번에 개발한 물질은 금과 철의 물성을 복합적으로 이용해 다양한 기능을 수행하도록 제작한 것이 특징”이라고 말했다.

이번 연구성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 게재됐다.