암 환자의 고통을 경감시키고 암 치료의 효율성 및 경제성을 향상시키기 위해서 최근 암의 동시 진단 및 치료를 가능하게 하는 소재 및 기술 개발이 활발하다. 동시 진단 • 치료를 위해서는 암 세포에서 과발현 (overexpression)되는 수용체에 고효율 결합을 통해 표적 전달을 가능하게 하는 표적 펩타이드의 활용이 필수적이다.

연구팀은 수십~수백개의 단위체가 모여 일정한 크기와 형태를 이루는 단백질 나노입자의 표면에 암세포 표적 펩타이드가 다수 표출된 단백질 소재를 간단한 유전자 재조합을 통하여 융합 발현을 통해 생산하였다. 이 단백질 나노입자 표면에 금속 나노소재 (금, 은, 팔라듐, 백금, 등)을 1~3 nm의 미세 크기로 결합시킬 수 있으며, 이들의 물리화학적 특성을 활용하여 암 진단에 활용할 수 있다.

예를 들어 금 나노닷 (nano-dot)의 경우, 레이저를 조사하게되면, 표면 전자의 여기와 회복 (excitation-relaxation)의 과정을 통해 열을 방출 하게되며, 열에의한 열팽창으로 초음파를 생성하게된다. 앞서 설명한 암세포 표적 펩타이드가 표출된 단백질 나노입자에 의해 고효율로 암세포 표적전달이 이루어지면, 레이저 조사를 통한 초음파의 진단 (photo-acoustic diagnosis)와 발생 열에의한 광열치료 (photo-thermal therapy)를 동시에 진행하는 동시 진단 • 치료 (theragnosis)에 활용할 수 있다. 더 나아가 자성입자와 단백질 나노입자와 융합을 통하여 고효율 암세포 표적 전달 이후, MRI진단에 조영제로서 활용이 가능하다. 자기적 특성에 의하여 정상 장기보다 더 밝게 혹은 어둡게 보이는 조영제로 활용함으로써 암의 조기 진단에 활용이 가능하다. 또한 이 자성입자는 교류자기장 내에서 자기이력의 손실 (hysteresis loss)에 의하여 열을 방출하는데, 이를 통해 암세포를 파괴하는 자기온열치료 (magnetic hyperthermia therapy)에 활용이 가능하다.

이러한 바이오-나노 융합소재의 개발과 다양한 활용을 통하여 암의 체내 동시 진단 • 치료 (theragnosis)기술을 개발하고 있으며 가시적인 연구 성과를 보이고 있다.

최근 각광받고 있는 암 치료제인 siRNA의 효율적인 전달을 위한 단백질 나노입자 기반의 전달체를 개발하고 있다.

기존의 연구되고 있는 전달체는 크게 Viral과 Non-viral 두 가지로 나뉜다. Viral 전달체의 경우에는 siRNA를 세포내부로 주입시키는 능력은 뛰어나나 암 세포에 특이적인 표적지향성이 떨어진다. 또한 가장 큰 문제점으로는 세포 독성, 암 유발성, 면역원성은 일으킬 위험이 있다. Non-viral 전달체의 경우에는 Viral 전달체에 비해 표면 개조는 쉬우나 Viral 전달체에 비해 siRNA를 세포에 주입시키는 능력은 떨어진다. Non-viral 전달체 역시 농도에 따라서는 세포독성을 일으킨다는 문제점이 있다.

다음과 같은 문제점을 해결하기 위해 독성을 일으키지 않는 단백질 나노입자를 기반으로 전달체 개발을 하고 있다. 단백질 나노 입자의 경우에는 유전자 단위에서 간단한 조작을 통해 다양한 표면 개조를 할 수 있다. 이에 단백질 나노입자 표면에 표적 지향성, 세포 투과성, 혈청내 안정성을 갖는 다양한 아미노산 서열을 표출 시켜 독성이 없으며 효율적인 siRNA 전달체를 개발한다.