원하는 시간에 원하는 부위에 원하는 치료한다

국내연구팀, 지능적 나노 구조체 개발

▲기능성을 가진 DNA 서열.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]특정 질병부위에 유전자를 방출시켜 지능적으로 질병세포를 죽일 수 있는 나노 구조체가 개발됐다. 이를 이용하면 항암치료의 효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

국내 연구팀이 필요한 곳에만 지능적으로 유전자를 전달하고 질병치료 효과 또한 획기적으로 높일 수 있는 원리를 규명하는데 성공했다. 연구팀은 세포 내 pH(수소이온 농도지수)를 감응해 지능적으로 유전자를 전달할 수 있는 DNA 나노머신) 기반의 나노 구조체를 개발하고 항암치료에 쓰이는 근적외선 광열치료 효과를 극대화하는 원리를 밝혀냈다.

이를 이용하면 질병 부위에 특정적으로 유전자를 방출시켜 질병세포 사멸을 유도할 수 있다. 항암 광열치료 효과도 높일 수 있어 앞으로 의약학, 보건의료, 암 치료 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

연구팀은 금 나노입자에 pH 감응형 DNA(이하 i-motif DNA)와 치료 유전자인 간섭 RNA(siRNA, small interfering RNA)를 붙여 조건에 따라 거동을 다르게 조절하는 지능적인 DNA 나노머신을 개발했다. i-motif DNA가 낮은 pH 조건에서 모양을 변형해 서로 모이려는 성질을 가진다는 점에 착안했다. i-motif DNA에 세포사멸을 유도하는 siRNA라는 핵산을 접합시켜 금 나노입자의 표면에 붙였다.

이런 금 나노입자는 세포 밖의 중성 pH에서는 siRNA를 품은 채로 흩어져 있다가 세포 안으로 들어가면 세포 내의 낮은 pH에 감응해 서로 결합하면서 siRNA를 전달한다는 사실을 규명했다. 금 나노입자가 서로 결합해 광열효과가 높아져 항암치료 효과 또한 획기적으로 높아짐을 확인했다.

빛에 의해 발생하는 고열을 이용한 항암치료(광열치료)는 빛에 감응하는 금 나노입자가 모여 있어야 높은 효과를 기대할 수 있고 이때 질병세포 사멸을 유도하는 유전자 치료를 병행하면 상승효과를 기대할 수 있다는 것이다.

이번 연구는 기초과학연구원 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문)의 김원종 그룹리더(포스텍 교수)가 주도적으로 진행했다. 연구 성과는 미국화학회가 발간하는 나노분야 권위저널 에이씨에스 나노지(ACS Nano, IF 12.062, JCR 상위 5.33%) 6월 10일자(논문명: DNA-금 나노머신을 이용한 유전자 및 광열치료(i-Motif-Driven Nanomachines in Programmed siRNA Delivery for Gene-Silencing and Photothermal Ablation)에 실렸다.

김원종 교수는 "주위의 환경에 따라 거동을 달리하는 지능적 나노머신의 개발은 유전자로 인한 세포사멸의 유도와 빛에 의한 광열치료의 효과를 획기적으로 높일 수 있다"며 "앞으로 원하는 시간, 원하는 부위에 원하는 양의 유전자를 전달할 수 있는 스마트한 유전자 전달 시스템 적용이 가능할 것으로 기대된다"라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr