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간담췌외과 김송철 교수(사진左)·융합의학과 주진명 교수(사진右)
천만분의 1미터 이하 생분해성 실리콘 나노입자를 이용, 약물의 생체 내 이동 및 분해되는 과정을 비침습적인 방법으로 측정할 수 있는 모니터링 시스템이 개발됐다.
부작용 없이 체내에서 이뤄지는 약물전달과 치료과정을 신속하게 모니터링 함으로써 혈액이나 조직검사를 통해 이뤄져야 했던 약물전달 모니터링 과정을 간소화할 수 있을 것이란 전망이다.
서울아산병원 간담췌외과 김송철 교수[사진 左]·융합의학과 주진명 교수[사진 右]팀은 최근 생분해성 실리콘 나노입자의 형광특성을 이용한 약물전달 모니터링 시스템을 국내 처음으로 개발했다고 밝혔다.
이 시스템은 실리콘 나노입자 내부에 탑재된 약물의 방출 과정이 나노입자의 생분해 과정과 긴밀한 상관관계를 가지며, 실리콘 나노입자가 형광신호를 발생시킨다는 것에 주목했다.
신호의 변화를 특수장비로 실시간 모니터링 할 수 있는 기술로 실리콘은 독특한 광학적 특성으로 인해 나노입자로 제작할 때에 특유의 근적외선 형광신호를 발생시킨다는 게 의료진 설명이다.
실리콘 나노입자의 형광신호는 일반적인 유기물 또는 생체 내에서 발생하는 자가형광에 비해 매우 긴 감쇄시간을 가지기 때문에 생체 외부에서 비침습적인 방법으로 명확하게 구분이 가능하다.
이번 연구에 시분해(time-resolved) 형광분광법을 활용해 실리콘 나노입자의 생체 내 형광 감쇄시간을 측정하고 이를 특수장비로 촬영해 약물방출과정을 모니터링 하는 기술은 형광세기 신호를 통해 나노입자와 약물의 생체 내 이동과정을 추정하는 기존방법의 한계를 혁신적으로 극복한 것이다.
연구팀은 실리콘 나노입자의 형광감쇄시간이 수백 마이크로초에 이르는 것에서 착안해, 수십 나노 초(nano-second)에 불과한 자가형광의 감쇄시간으로부터 구별해내는 방법을 찾았다.
또한 약물을 탑재한 실리콘 나노입자의 생분해 과정에서 형광신호 파장이 짧아지면서 감쇄시간이 줄어드는 것을 확인했고, 이 과정을 신속하게 측정하므로써 생체 내 약물 전달 과정을 모니터링 할 수 있는 길을 열게 된 것이다.
나노입자를 이용한 약물전달시스템 연구는 차세대 의학플랫폼으로 전세계적인 관심을 받으며 진행되고 있다.
약물전달시장 규모는 2016년을 기준으로 285억 달러를 기록했으며 2025년까지 연평균 14% 이상 성장할 것으로 전망된다.
하지만 체내 주입시 독성이나 부작용에 대한 해결책이 완전히 제시되지 못해 매우 제한적인 기술만 미국 FDA 승인을 통해 중개의학적으로 활용돼 왔다.
그 가운데 신약개발에 대한 리스크를 줄이면서도 신약과 같은 파급효과를 일으킬 수 있는 약물전달시스템은 약물의 방출, 흡수를 제어하거나 병변부위에 약물을 표적 전달함으로써 치료효과를 극대화 할 수 있을 것으로 기대를 모은다.
주진명 교수는 "나노입자를 이용한 약물 전달 플랫폼은 전세계적으로 오랜 기간 주목받고 있었지만 독성평가에 대한 해답이 명확히 제시되지 못해 제한적인 영역에서만 임상으로 이어지고 있다"고 설명했다.
주 교수는 "하지만 최근에는 다양한 분야와의 융합연구를 통해 중개의학적 활용가치와 경제적, 산업적 파급효과가 높은 연구에 대한 투자와 성과보고가 가속화 되고 있다"고 밝혔다.
김송철 교수는 "이번 연구결과를 통해 나노소재와 생체의 상호작용에 대한 기초연구는 물론 약물처방과 치료과정 사이에 빠른 피드백을 통해 치료효과를 극대화 할 수 있는 기술개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
그는 특히 "생존율이 매우 낮은 췌장암 환자에 대한 수술과 세포이식 치료 후 약물 방출과 모니터링을 통해 치료효과를 극대화 하는 방안을 후속연구로 진행 중"이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구결과는 재료과학분야의 세계적인 학술지인 어드밴스드 머터리얼즈(I.F.=21.95) 온라인판에 최근 게재됐다. |
