한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 체내에 잘 전달되지 않거나, 쉽게 분해되는 의료용 나노소재 문제를 해소하는 연구 성과를 냈다. 의료용 나노 소재에 '카이랄성'을 부여한 결과다.
항암 온열 치료 효과는 기존보다 4배 이상 향상됐고, 코로나 19 백신 등 mRNA 치료제 효율도 극대화할 수 있다.
KAIST는 염지현 신소재공학과 교수팀이 바이오 나노 소재 표면에 카이랄성을 부여할 수 있는 '카이랄 나노 페인트' 기술을 개발, 정현정 생명과학과 교수팀과 함께 mRNA를 전달하는 지질전달체(약물 등을 감싸 세포 내로 전달하는 나노입자) 표면에도 성공적으로 도입했다고 19일 밝혔다.
카이랄성은 우리 왼손과 오른손처럼 꼭 닮았지만 겹치지 않는 성질을 의미한다.
연구팀은 왼손잡이(L-형), 오른손잡이(D-형) 구조 분자들이 서로 다르게 작용하는 '카이랄 선택성'에 주목해, 카이랄 나노 페인트로 나노미터 크기 작은 입자부터 마이크로미터 크기 구조체까지 다양한 크기 소재에 카이랄성을 입혔다.
나아가 합성한 카이랄 자성 나노 입자를 종양에 주입한 뒤 자기장 처리로 생성되는 열로 이를 괴사시키는 항암 온열 치료 기술을 선보였다.
이 과정에서 D-카이랄성을 가진 자성 나노 입자가 L-카이랄성 입자보다 암세포에 더 많이 흡수되고, 4배 이상 항암 치료 효과가 향상됨을 증명했다.
그리고 나노 입자 표면의 카이랄 나노 페인트와 세포 표면 수용체 간 '카이랄 선택적 상호작용'에 의한 것임을 컴퓨터 시뮬레이션 및 세포 실험으로 밝혔다.
이런 카이랄 나노 페인트 기술은 의료용 바이오 소재를 비롯해 차세대 약물 전달 시스템, 바이오 센서, 촉매 및 나노 효소 등에 응용될 것으로 기대된다.
후속 연구로는 지질전달체 표면에 카이랄 페인트 기술을 도입했다. 전달체 불안정성으로 치료 효과가 제한적이던 기존 문제를 해소해 mRNA 세포 내 발현을 2배 이상 증가시켰다.
염지현 교수는 “바이오 나노 소재 성능을 크게 향상시키고 다양한 크기·모양의 혁신적 나노 소재 합성 방법론을 제시했다”며 “이런 카이랄 나노 소재를 활용해 암·코로나 백신, 차세대 바이오 플랫폼 개발 연구를 지속할 계획”이라고 설명했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
