연구내용.  Photothermal therapy of cancer
금-단백질 복합 나노신소재를 이용한 암 비수술적 치료

금 나노입자에 레이저를 쪼이면 레이저 에너지에 의해 표면 전자가 여기된 후, 회복되는 (excitation-relaxation)의 과정에서 열이 발생한다. 이를 이용하여 암세포에 금 나노입자를 전달한 후, 레이저를 쪼여 발생하는 열로 암을 치료하는 광열치료의 연구가 차세대 암 치료, 더 나아가 다양한 질병의 치료방법으로 각광을 받고 있다. 그러나 체 내 투과율을 높이기 위해 선택된 650 nm 이상의 근적외선 파장에서 구형 (spherical shape) 의 금 나노입자는 흡수율이 좋지 않으며, 직경 20 nm 이상의 금 나노입자는 체 외 배출이 원활하지 않아 체 내 나노독성을 야기시키는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해서 분자생물공학 연구실에서 보편적으로 사용하고 있는 gene-cloning 및 E. coli 를 이용한 단백질 융합 발현 시스템을 활용하여 생산된 균일한 40 nm 크기의 구형 단백질 나노입자를 이용해 신소재를 개발하였다. 이 신소재는 나노입자 표면에 암세포에만 특이적으로 달라붙는 표적 단백질과 직경 3 nm 이하 초미세 크기의 금 나노닷 (nano-dot) 이 동시에 결합되어 존재하는 단백질-금 복합 나노신소재를 본 연구실에서 최초로 개발하였다.

이렇게 만들어진 나노신소재는 정상세포가 아닌 암세포에만 특이적, 선택적으로 결합할 수 있으며, 체내 투과력이 좋은 근적외선 레이저 조사에 의한 광열 치료 후, 자발적인 단백질 변성을 통해 해체되어 몸 밖으로 쉽게 배출될 수 있어 보다 효율적이고 안전한 광열치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이 나노신소재를 생쥐의 정맥에 주사한 결과 통상의 금 나노입자에 비해 암 발병부위로의 전달이 훨씬 효과적으로 이뤄졌다. 또한 실제 인간 유방암 세포로 종양을 유도한 생쥐에 개발된 나노신소재를 이용, 근적외선 광열치료한 결과 암세포가 괴사되는 것을 확인하였다. 또한 3주간 생쥐의 장기와 조직을 살펴본 결과 금 나노닷이 잔존하지 않음을 확인하였다.

이는 정상세포가 아닌 암세포에만 결합할 수 있도록 인도하는 표적 펩타이드와 체외로 배출되기 쉬운 초미세 금 나노닷을 단백질 나노입자 표면에 동시에 도입한 데 따른 것이다. 본 연구팀은 기존의 한계를 극복한 암 치료를 위한 신소재를 개발하였으며, 추가적인 연구를 통해 암 뿐 만 아니라 다양한 질병의 이미징, 진단 및 치료를 위한 소재 및 기술개발에 매진할 것이다. (Advanced Materials, 2014)

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