암 치료기술의 한계 극복하다
암 치료기술의 한계 극복하다
  • 김남근 기자
  • 승인 2014.11.20 15:48
  • 댓글 0
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[이슈메이커=김남근 기자]
[한국의 인물-우수연구자 부문] 고려대학교 화공생명공학과 이지원 교수


암 치료기술의 한계 극복하다

‘혼이 담긴 노력은 배반하지 않는다’



최근 전 세계적으로 생물 공학 기술의 급속한 진전과 맞물려 생명 공학 산업의 급속한 발전이 예상되며 이는 전 세계적으로 300억 달러 이상의 시장규모를 갖는다는 보고가 있다. 이 같은 생명 공학 기술의 산업화는 생물 의약품은 물론 바이오 식품, 생물 환경, 바이오 에너지 및 자원 등 다양한 분야에서 이뤄지고 있으며, 특히 부가가치가 높은 생물 의약품 분야가 성장의 주를 이루고 있다. 전반적으로 우리나라의 생명 공학 기술의 수준은 선진국에 비해 대체로 낮고, 신물질 창출과 관련된 연구는 아직 미비한 실정이다. 그러나 최근 우리나라도 생명 공학 기술 발전을 위해 많이 노력하고 있으며, 이와 더불어 유전자 치료법, 인간을 포함한 다양한 생명체의 게놈프로젝트 등의 연구에 대한 관심이 높아지고 있다.




효과적인 암 치료에 활용 가능한 단백질-금 복합 나노신소재 개발

  암 치료는 외과적 수술에 이은 화학치료요법(항암치료)에 대한 의존도가 높다. 하지만 외과적 수술에 따르는 고통과 화학치료요법에서 비롯되는 전신성 부작용으로 인해 이들을 대체할 새로운 의학기술이 절실한 실정이다. 이에 개선된 암 치료 기술로 주목받아온 *광열치료가 실제 암 치료 기술로 적용되기 어려웠던 한계를 극복할 수 있는 실마리가 될 연구결과가 국내 연구진으로부터 개발됐다. 그동안 다양한 기능을 갖는 *펩타이드(peptide)를 단백질 나노입자 표면에 균일하게 고밀도로 표출시킬 수 있는 많은 기술을 발표(2007. FASEB Journal, 2009. Nature Nanotechnology, 2012. Advanced Materials, 2013. ACS Nano 등)해 온 고려대학교 화공생명공학과의 이지원 교수 연구팀이 그 주인공이다.

  그동안 암 부위에 금 나노입자를 전달한 후 레이저를 쬐는 광열치료법의 효과를 높이기 위해 체내투과율이 높은 근적외선 레이저를 잘 흡수하고, 광열효과가 뛰어난 직경 20nm 이상의 금 나노입자를 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되어왔다. 하지만 이 크기의 금 나노입자는 제 역할을 마친 후 체외 배출이 원활하지 않아 잠재적인 위험성이 제기되어 왔으며, 암 부위로 정확한 전달이 어려워 의료현장에서 적극적으로 활용되지 못했다. 이에 이지원 교수와 연구진은 단백질 나노입자 표면에서 암세포와 붙는 성질을 가진 펩타이드와 직경 3 nm 이하 초미세 금 나노닷(Gold Nanodot)이 동시에 결합되어 존재하는 단백질-금 복합 나노신소재(Proteinticle/Gold Core/Shell Nanoparticle)를 개발했다. 이 나노신소재를 생쥐의 정맥에 주사한 결과 통상의 금 나노입자에 비해 암 발병부위로의 전달이 효과적으로 이뤄졌다. 또한, 암세포에 근적외선 레이저를 50분간 쬐어준 뒤, 암세포의 조직 분석과 함께 5일간 암세포 크기의 변화를 관찰한 결과 단백질-금 복합 나노신소재를 주입한 쥐는 광열치료로 인한 암세포 괴사가 일어남을 조직 분석을 통해 확인할 수 있었으며, 암 치료 후 5일 뒤 암세포가 괴사되는 것을 확인할 수 있었다. 치료 후 3주간 생쥐의 장기와 조직을 살펴본 결과 금 나노닷이 잔존하지 않음을 확인하였다. 이는 정상 세포가 아닌 암세포에만 결합할 수 있도록 인도하는 표적 펩타이드와 체외로 배출되기 쉬운 초미세 금 나노닷을 단백질 나노입자 표면에 동시에 도입한 데 따른 것이며, 이 연구결과는 첨단재료 분야 국제학술지 Advanced Materials 7월 8일자에 게재되었다.

  이 교수는 “이번 연구를 통해 금 나노입자의 체내 축적에 인한 나노 독성 문제 해결의 실마리를 마련했습니다”라며 “앞으로 유방암, 피부암 등 근적외선 레이저가 원활히 투과될 수 있는 모든 종류의 암에 활용이 가능할 것으로 기대합니다”라고 연구에 대한 자부심을 피력했다.


▲암 발병 부위로의 선택적 전달과 광열치료 후 금 나노닷의 체외 배출로 이어지는 단백질-금 복합 나노신소재의 작용 모식도


대한민국 과학기술 부가가치 창출에 이바지하는 연구 펼치다 

  과거 급성심근경색(AMI) 표지물질인 ‘트로포닌 I(troponin I)’를 기존 효소면역검지법보다 100만∼1,000만배 고감도로 진단할 수 있는 나노바이오 플랫폼 진단기술과 다수의 면역 관련 질환을 동시에 진단할 수 있는 기술을 개발한 이지원 교수는 현재 고려대학교 분자생물공학연구실을 이끌며 생명공학계를 선도할 다양한 연구를 펼치고 있다. 

  박사 후 연구원 1명, 박사과정 9명, 석사과정 2명으로 구성된 연구실은 세포 내에서 자연적으로 생합성되는 단백질 나노입자를 이용하여 다양한 질환의 진단, 치료, 예방에 적용될 수 있는 새로운 나노의료기술 개발에 주력하고 있다. 이와 더불어 유전자 재조합 기술을 이용한 미생물 발현시스템 개발과 유전자 발현 및 단백질 분비에 필요한 고효율 벡터개발, 재조합 단백질을 세포 내에서 활성형으로 대량 생산하기 위한 분자유전학적인 도구 개발 등과 같은 연구도 수행하고 있다. 또한, 다양한 미생물의 단백질체(Proteome) 분석을 통한 유용단백질 탐색 및 단백질 기능정보 인프라를 구축하고 있다. 이를 통해 ‘post-genome 시대’를 대비하고 국가 생명공학 기술 개발을 선도하는 세계적 수준의 연구실로 발전을 거듭하고 있다.

  이 교수는 “앞으로 단백질 나노입자를 이용하여 기존 나노소재가 가진 많은 기술적 한계를 극복할 수 있도록 지속적인 연구를 수행할 계획입니다”라며 “나아가 개발된 기술의 상용화를 추진해 우리나라 과학기술의 부가가치를 창출하는데 이바지하고자 합니다”라며 확고한 연구의 목표를 내비쳤다.

  ‘혼이 담긴 노력은 배반하지 않는다.’ 이 말은 최상의 노력을 다한다면 언젠가 노력에 대한 결실을 맺을 수 있다는 이야기다. 충분한 생각과 이를 실천하는 모습, 포기하지 않는 집요함과 끈기가 바탕 된 연구자로서의 진정성 있는 자세가 갖춰졌을 때 비로소 원하는 결과물을 얻을 수 있다고 그는 힘주어 말한다. 앞으로 생명공학 기술 개발을 선도하게 될 이지원 교수의 행보가 기대되는 대목이다.




용어 설명
* 광열치료 : 금 나노입자가 근적외선 레이저를 흡수하여 발생하는 열을 이용하여 암 세포를 괴사시키는 암 치료법
* 펩타이드(peptide) : 아미노산 50개 이하로 구성된 화합물. 아미노산은 단백질의 구성요소


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