나노기술 상용화를 위한 의미 있는 ‘전진’
항암제 방출 제어 가능한 DNA 나노필름 개발
알버트 아인슈타인(Albert Einstein)은 다음과 같이 말했다. “상상은 지식보다 중요하다. 지식은 한계가 있지만, 상상은 세상의 모든 것들을 끌어안기 때문이다.” 실제로 세상을 움직인 인물들은 상상력을 통해 사물간의 유사성을 발견하고 이들 간의 관계를 찾아내는 것을 생활화 한 결과 창조적 삶을 살게 되었다. 이들의 발자취를 따라가려는 것일까? ‘상상력’과 ‘열정’이라는 무기로 자신만의 연구영역을 개척하고 있는 신진연구자가 있다. 중앙대학교 홍진기 교수가 그 주인공. 항암제 분비 속도를 제어할 수 있는 얇은 필름 형태의 약물 전달체를 개발한 그의 연구실 문을 두드렸다.
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DNA 구조체 모양에 따라 항암제 방출 속도 조절 가능성 확인
중앙대학교 홍진기 교수 연구팀은 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업의 지원으로 항암제와 결합할 수 있는 DNA 구조체로 만든 나노필름을 이용해 항암제 방출을 제어할 수 있다는 연구결과를 내놓았다. 해당 나노필름을 이용하면 암의 진행과정이나 예상 징후에 따라 항암제 방출속도나 방출량을 제어할 수 있게 된다.
“다른 약물 전달체나 담지체는 일반적으로 입자나 상자 형태의 3차원 구조입니다. 하지만 본 연구는 약물을 박막 형태로 담지하고 방출, 거동을 제어한다는 점에서 장점이 있습니다.”
금번 연구는 항암제가 정상세포에 미치는 영향을 줄이고 암세포에 대한 효과를 높이는데 그 목적이 있다. 이를 위해서는 암의 진행과 예후에 따라 전달체에서 항암 믈질이 분비되는 시간을 조절하거나 방출량을 정밀하게 제어해야만 했다. 연구팀이 주목한 전달체는 생체친화적인 DNA다. 현재 DNA는 일반 고분자소재보다 항암제를 담고 유지할 수 있는 전달체로 주목받으며, 박막이나 하이드로겔, 입자 등의 형태의 항암제 전달체로 개발하려는 연구가 활발하다. 더불어 정밀한 튜닝이 가능하고, 체내에서 DNA 분해효소에 의해 분해되는 것도 DNA가 매력적인 이유 중 하나다. 이에 홍 교수 연구팀은 머리핀 모양, 알파벳 X자, Y자 등 DNA 형태를 달리하여 항암제 방출 양과 속도를 조절할 수 있는 나노필름을 개발했다. 나노필름에서 떨어져 나온 DNA가 분해되면서 결합하고 있던 항암제를 방출하게 되는데 DNA 모양에 따라 분해속도가 달라 결과적으로 항암제 방출속도가 달라지는 원리다. 연구팀은 다양한 형태의 DNA 구조체를 합성하고 여기에 폐암, 소화 기관 암, 방광 종양 등에 쓰는 항암제인 독소루비신을 결합시켰다. 실제 분광법을 이용한 결과 DNA 두 사슬 사이의 염기쌍 결합이 6개인 머리핀 모양인 경우 가장 빨리 항암제가 떨어져 나오는 반면 18개 염기쌍 결합을 가진 X자 모양을 이용한 경우 분해속도가 현저히 느린 것으로 나타나 방출속도 제어 가능성을 확인하게 된다.
연구팀이 개발한 DNA 구조체는 기존 구(Sphere) 형태의 전달체와 달리 필름형태로 대량생산 및 제조하기 쉽고 블록처럼 자유자재로 조립할 수 있는 장점이 있다. 특히 나노두께의 박막이기 때문에 항암 약물전달을 필요로 하는 거의 모든 물질의 표면에 적용이 가능하다. 앞으로 생체 내 안전성을 높여 3~4년 내 상용화한다는 계획을 밝힌 홍 교수는 “기존 약물 전달체 표면 또는 의료기기 등에 접목할 수 있어 응용범위가 넓을 것으로 봅니다”라며 “DNA 나노필름을 이용한 스마트 항암제 전달체 개발 등 후속 연구에 매진하겠습니다”라고 자신감을 내비쳤다.
“꿈을 기록한다면 그 속에 가능성이 보입니다”
홍진기 교수가 이끌고 있는 기능성 나노박막 연구실은 다양한 나노 재료들을 이용해 바이오메디컬 및 친환경에너지 플랫폼의 개발에 관한 연구를 진행 중이다. 나노 재료들은 디자인·조립하는 방법에 따라 새로운 특성을 구현하기 때문에 ‘나노-LEGO’와 같다고 말하는 그는 나노 재료들의 박막화를 통한 구조개발 및 특성연구를 비롯하여 나아가 실제 응용 가능한 형태로 개발하는 연구의 가능성을 높게 평가한다. 덧붙여 이들을 디자인하고 나노박막(film)으로 대량 개발하는 방법이 엔지니어로써 매력적이고, 박막 구성 물질과 구조에 따라서 의료 공학에서 환경 & 에너지 공학까지 매우 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 연구에 더욱 매력을 느낀다고. 자신의 연구 뿐 아니라 후학들에게 ‘가능성’이라는 꿈을 심어주기 위해 노력하고 있는 홍 교수. 그는 현재 타 대학 의과대학 강단에서 활동하고 있는 부친이 자신을 믿고 다양한 도전에 박수를 보내줬기에 비록 시작은 늦었지만 교수라는 꽃망울을 일찍 틔울 수 있었다고 회상하면서 학생들을 향한 조언의 말을 잊지 않았다.
“미래 설계를 구체화하고, 하루에 조금이라도 자신의 꿈을 위한 의미 있는 진전을 한다면 원하는 것을 이룰 수 있습니다. 구체적으로는 자신이 인생에서 바라는 것들을 매일 노트에 기록하고, 단계적인 계획을 작성해 보세요. 그 순간 ‘불가능’이 ‘가능’으로 보이게 됩니다.”
이번 연구결과에 대한 ‘답’ 보다는 젊은 연구자로서의 가능성과 열정을 보여준 홍진기 교수. 앞으로 그는 나노기술 실용화에 최선을 다할 뿐 아니라 자신의 연구실 구성원들이 본인 이상의 연구 성과를 낼 수 있도록 도움을 줄 계획이다. 같은 필드에서 이들과 함께 세계적인 연구를 진행할 날을 꿈꾸면서 말이다.
