한국연구재단은 김영근 교수(고려대) 연구팀이 세포 속에서도 형광이 나와, 광열치료의 치료 위치를 실시간으로 볼 수 있는 산화철 광열제 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀에 따르면 광열치료는 암 부위에 나노입자를 전달한 후 근적외선 레이저가 쬐어질 때 발생하는 열을 이용해 암 세포를 괴사시키는 치료 방법이다. 수술치료 등 기존 암 치료 방법과 달리 탈모나 구토 등의 부작용이 적어 새로운 치료기술로 주목받고 있다.

그동안 광열치료에서는 금(Au) 나노입자를 주로 연구해왔다. 금 나노입자는 가시광 및 근적외선 빛 흡수에 의해 열이 쉽게 나기 때문이다. 그러나 낮은 조도에서 효과가 낮고, 금 나노입자 표면을 화학적으로 변형시키는데 사용되는 결합은 온도가 높아질수록 안정성이 떨어졌다.

또 현재까지의 연구들은 생물학적 응용을 위해 나노소재의 표면을 개질해 설계한 새로운 합성 방법에 초점을 맞추고 있다. 그러나 나노입자와 생체 거대분자와의 상호작용은 외부 자극에 의해 발생하는 예기치 않은 반응들을 만들 수 있다.

연구팀은 생체 안정성이 확인된 산화철 나노입자를 세포에 적용 후 외부 광 자극에 의한 상호작용의 결과로 나타나는 형광이 발현됨을 발견했고, 나노입자 주변의 고분자가 산화철 나노입자의 광열반응으로 생성된 열에 의해 공액고분자 사슬구조로 변형되고 파이(π)-공액 구조를 가지는 새로운 공액고분자 구조를 형성시킴으로써 강한 형광이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

파이(π)-공액 구조는 2개 이상의 원자가 서로 전자를 방출해 전자쌍을 형성하고 이를 공유함(공유결합)으로써 분자를 형성할 때, 분자가 만드는 평면과 수직 방향으로 분포하는 파이(π) 결합이 번갈아 짝지은 전자 구조이다.

나노입자를 세포에 흡수시켜 광열효과를 유도하는 경우도 형광이 나타났다. 세포 내에 유기물질이 고분자의 역할을 하여 π-공액 구조로 변형되었기 때문이다. 또한 레이저의 세기와 나노입자의 농도 및 크기를 조절했을 때에 형광의 세기가 달라졌다. 나노입자의 크기가 크고 농도가 높을수록 형광이 강하게 나타났다.

연구결과는 안정적인 생체 적용 광열제로서 사용이 가능하며, 광열치료와 동시에 치료 부위의 확장 또는 축소를 결정하는 데 도움이 되는 시각화된 기법의 가능성을 보여줬다. 또 광열치료를 위한 광열제 개발 시 나노입자의 소재, 형태, 크기 및 생체 적용 농도 등 결정 기준을 제시할 수 있다.

김영근 교수는"이 결과는 산화철 나노입자가 광열치료에 응용되었을 때, 부분적으로 치료가 일어나는 위치를 실시간으로 볼 수 있음을 의미한다" 며"비수술 방식의 새로운 분야를 개척하기 위한 광열치료기술의 가능성을 제시한다"고 연구의 의의를 밝혔다.

이어 그는 "산화철 나노입자와 고분자의 복합체를 형성하고, 고출력 펄스 레이저를 조사해 고분자의 사슬구조 변화를 유도, 무기-유기 나노복합형광체를 제조할 수 있다"며 "나노복합 형광체는 자외선 내지 청색 여기(勵起) 광에 의해 백색 형광 특성을 제공할 수 있으며, 조사되는 펄스 레이저의 출력 또는 나노입자의 크기·형태·농도 등에 의해 형광 특성을 제어할 수 있다"고 말했다.

한편, 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노·소재원천기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 국제학술지인 스몰(Small) 지난달 27일자 논문으로 게재됐다. 김달호 기자

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