쥐 옆구리서 금속이온 찍어냈다 … 한·미 연구진, 초음파로 체내 이온 탐지기술 개발

UNIST 김건·美연구팀, DNA센서 활성화 진단기술 개발

아연 이온 감지해 형광 발생하는 원리, JACS 논문 게재

개발된 초음파 DNA센서 기반 금속 이온 감지 기술의 원리를 보여주는 연구도.

[아시아경제 영남취재본부 김용우 기자] 몸속의 금속 이온을 들여다보는 기술이 개발됐다.

한미 연구진은 초음파로 아연, 칼슘과 같은 체내 금속 이온을 감지하는 진단기술을 개발해 소개했다.

울산과학기술원(UNIST)은 도시환경공학과 김건 교수가 美 텍사스대학교, 일리노이대학교 연구진과 공동으로 초음파 열로 DNA센서(DNAzyme)를 활성화해 생체 내 금속 이온을 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

활성화된 DNA센서가 금속 이온을 감지하면서 형광이 나타나 금속 이온을 눈으로 확인할 수 있는 방식이다.

연구팀은 “이 기술로 단일 세포 수준에서뿐만 아니라 실제 살아 있는 쥐의 옆구리에서 아연 이온을 감지하는 데 성공했다”고 설명했다.

“다양한 진단 기술을 개발해 체내 금속 이온의 역할을 규명하는 연구에도 길이 가까워졌다”는 것이다.

기존에는 DNA센서를 광학 레이저 등을 이용해 활성화했는데 레이저가 피부나 근육 속을 깊숙이 투과하지 못해 여러 방면에 응용하는 데는 제약이 있었다.

DNA센서는 유전물질로 알려진 DNA를 변형해 만든 인공 물질로 생체 친화적 의료진단 플랫폼으로 주목받는 물질이다.

연구팀은 초음파 시스템을 개발해 이런 기술적 한계를 극복했다. 긴 작동 시간에 특정한 43°C로 유지할 수 있도록 초음파의 열에너지를 정밀하게 조절하는 기술을 적용했다.

온도가 너무 낮으면 센서가 충분히 활성화되지 않아 금속 이온 감지 민감도가 떨어지고 너무 높으면 살아있는 동물의 조직이 손상되기 때문에 관련 연구에 어려움이 있었다.

실제 살아 있는 쥐 옆구리에 DNA센서를 주입한 뒤 30분 동안 초음파 처리를 했을 때 초음파 처리를 하지 않은 부위보다 강하게 형광 발색이 나타나는 것을 확인했다. 초음파의 뛰어난 DNA센서 활성화 기능을 입증한 것이다.

심성원 연구원(왼쪽)과 김건 교수.

김건 교수는 “초음파 기술이 기존 광역동 치료, 영상 이미지뿐만 아니라 체내 특정 성분 감지, 약물전달을 위한 나노입자 활성화 등에까지 쓸 수 있다는 사실을 보여준 연구”라고 설명했다.

2020년 UNIST 도시환경공학과에 부임한 김건 교수는 건설공학, 고분자화학, 초음파 기술 등을 아우르는 융합 연구를 하고 있다.

사회기반시설물을 더 안전하게 지을 수 있는 고분자 기반 신소재 개발이나 초음파를 이용한 건축물 안전 진단 기술 등이 대표적인 경우이다.

이번 연구 결과는 최상위 화학 학술지 중 하나인 미국화학회지(JACS)에 지난 3월 19일 자로 게재됐다.

연구 수행은 미국 국립 보건원(National Institutes of Health)과 UNIST 신임교원 정착과제의 지원을 받아 수행됐다.

영남취재본부 김용우 기자 kimpro7777@asiae.co.kr