대장암과 유방암 세포를 함께 가지고 있는 실험용 쥐(사진 왼쪽)에 상향변환 나노캡슐을 주사한 이후 빛을 쏘인 결과물(사진 왼쪽). 대장암은 녹색, 유방암은 파란색 형광을 나타냈다.(한국기초과학지원연구원 제공)
국내 연구진이 주사 한 대만 맞으면, 두 가지 이상의 암을 동시에 24시간 안으로 진단할 수 있는 나노캡슐을 개발했다.
한국기초과학지원연구원은 한국생명공학연구원, 미국 MIT 나탈리 알치(Natalie Artzi) 교수 및 예일대 김재홍 교수와의 공동연구를 통해 일반 형광과는 정반대로 높은 파장의 빛(빨간색 계열, 에너지가 낮음)을 받아 낮은 파장의 빛(파란색 계열, 에너지가 높음)을 방출할 수 있는 '상향변환(Upconversion) 나노캡슐'을 개발했다고 11일 밝혔다.
200나노미터(nm) 정도 크기 상향변환 나노캡슐은 두 개의 서로 다른 유기 형광 염료 액상을 가두고 있어 하나의 빛으로도 다양한 형광 방출이 가능하다.
이 같은 원리를 이용하면, 나노캡슐 표면에 질병의 표지나 표적을 선별적으로 집어낼 수 있는 두 종류 이상의 항체나 펩타이드 등 '바이오탐침'을 부착해 주사한 후 빛을 쏘여 촬영하면, 현장에서 바로 다중 암세포 이미징을 관찰할 수 있다.
연구진은 이러한 진단기술을 활용하면, '주사 한방'과 빛을 쬐는 것만으로도 진단이 가능하기 때문에 진단의 신속성을 기할 수 있는 것은 물론, 환자들이 검사에서 받는 고통과 스트레스, 경제적 부담 등을 크게 완화시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
특히 생체 조직 투과성과 조직 손상에 거의 영향이 없는 장파장의 빛을 이용할 수 있어 진단의 효율을 높일 수 있고, 실리카 나노캡슐 기술이 적용돼 인체에 무해하다는 장점도 있다고 설명했다.
또 다중 암 진단 및 치료에 활용돼 다양한 난치성 질환의 질병 조기진단 및 효과적인 치료를 동시에 수행하는 환자 맞춤형 멀티테라그노시스 연구에 응용될 수 있을 것으로 전망했다.
생명연 권오석 박사는 "이번 상향변환 나노캡슐은 다양한 에너지 상향변환용 유기 형광 염료를 액상 형태로 실리카 캡슐에 가두는 기술을 활용했다"며 "특히 이번에 활용된 유기형광 염료는 삼중항-삼중항 상향변환에 기반을 둔 것으로, 선택적 암 다중진단 연구에 응용됐다는 것이 이번 연구의 가장 큰 의의"라고 설명했다.
기초지원연 송현석 박사는 "이번 성과는 신체 조직의 투과율이 좋고 조직 손상을 주지 않으면서 여러 종류의 암을 선택적으로 진단할 수 있어 암의 종류뿐 아니라 암의 전이까지 진단할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
이번 연구결과는 나노과학 분야의 세계적 학술지 'ACS 나노(ACS Nano, IF: 12.881)지' 온라인판(1월 7일)에 실렸다.