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KAIST 연구진, 부작용 낮춘 레이저 치료제 개발

김유천 교수팀, 근적외선 형광물질 기반 광역학 치료제 연구
원하는 부위만 선택적 치료
국내 연구진이 기존 광역학 치료제의 부작용 문제를 개선했다.

KAIST(총장 신성철)는 김유천 생명화학공학과 교수 연구팀이 근적외선 형광물질 기반의 광역학 치료제(PhotoDynamic Therapy, 이하 PDT)를 개발했다고 16일 밝혔다.

PDT는 약물이나 유전자가 아닌 빛을 이용하는 치료법으로 레이저를 특정부위에 쬐어 산소를 독성을 갖는 활성산소로 변화시켜 세포를 자가 사멸(apoptosis) 하도록 유도하는 기술이다.

이 기술은 피부병 치료 등 일상에서도 많이 활용되는 치료법이다. 그러나 기존 PDT 조영제의 경우 낮은 효율을 가질 때 오히려 암세포의 유전변형이 발생해 치료효과 감소 등의 부작용이 발생했다. 

이에 치료 효과를 극대화하기 위해 원하는 위치에 많은 물질을 전달하고, 이를 위해 세포 소기관인 미토콘드리아에 치료효과를 집중시키는 연구가 진행되고 있다.  

PDT 조영제로 인해 만들어진 활성산소는 미토콘드리아의 막을 공격해 세포 사멸을 일으킨다. 암세포의 미토콘드리아는 일반 세포와 비교했을 때 미토콘드리아 막의 전위 차이가 높아 양전하의 소수성 물질이 더 잘 투입되는 특성이 있다.

연구팀은 이러한 PDT 조영제 효과를 극대화하기 위해 미토콘드리아 타겟팅 그룹인 트리페닐포스포늄, PDT 증강제인 브롬화물, 그리고 용해도 증가를 위한 아민 그룹으로 구성된 물질을 개발했다.

연구팀은 이 기술을 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입한 후 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도했고 이를 분석했을 때 효과적으로 표적 치료가 이뤄지는 것을 확인했다. 

이 물질은 근적외선 영역에서의 흡광 및 발광을 통한 662 나노미터(nm) 영역 레이저를 사용한다. 이를 통해 기존 가시광선 조영제가 마이크로미터 수준의 깊이를 보였다면 연구팀의 기술은 밀리미터까지 투과성을 가지며 진단 시 가시광역 조영제 보다 100배 이상 감도가 우수한 특성이 있는 것으로 나타났다.

김유천 교수는 "기존에 이용되는 진단·치료제를 한 단계 더 발전시킨 새로운 플랫폼의 개발을 통해 부작용을 최소화하고, 다양한 질병을 치료하는 데 유용하게 사용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구에는 노일구 박사과정이 1저자로 참여하고, 박지호 바이오·뇌공학과 교수 연구팀이 공동으로 참여했다.

연구는 글로벌프론티어 지원사업 ABC 바이오매스 사업단과 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발지원사업을 통해 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 지난 달 25일자 표지논문으로 게재됐다.
완성된 물질의 화학구조(위쪽), 미토콘드리아 타게팅 효과(왼쪽), 레이저에 따른 ROS 생성(오른쪽)을 보여주는 그래프.<자료=KAIST 제공>완성된 물질의 화학구조(위쪽), 미토콘드리아 타게팅 효과(왼쪽), 레이저에 따른 ROS 생성(오른쪽)을 보여주는 그래프.<자료=KAIST 제공>
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