암, 주사 한 방으로 24시간 내 진단…기초지원연·생명공학연·MIT·예일대 '나노캡슐' 개발

아주경제 최서윤 기자 = 국내 연구진이 미국 연구진과 함께 주사 한 방으로 두 가지 이상의 암을 24시간 내에 진단할 수 있는 나노캡슐을 개발했다.

한국기초과학지원연구원은 한국생명공학연구원, 미국 MIT 나타리 알치 교수, 예일대 김재홍 교수와 공동으로 연구해 하나의 빛으로도 다양한 형광 방출이 가능한 '상향변환(용어 설명 참고) 나노캡슐'을 개발했다고 11일 밝혔다.

원리는 이렇다. 나노캡슐 표면에 질병의 표지나 표적을 선별적으로 집어낼 수 있는 두 종류 이상의 바이오탐침(항체, 펩타이드 등)을 부착해 인체에 주사한다. 이후 빛을 쏘여 신체 내 암 의심 부분을 촬영하면 현장에서 바로 다중 암세포가 띠는 색을 관찰할 수 있다.

기초지원연에 따르면 나노캡슐을 이용한 질병 진단은 생체 조직 투과성과 조직 손상에 거의 영향이 없는 장파장의 빛을 이용할 수 있어 진단의 효율을 높일 수 있다. 또한 실리카 나노캡슐 기술이 적용됐기 때문에 인체에 해가 없다.

기초지원연은 주사 한 방과 빛을 쬐는 것만으로 암 진단이 가능한 이 방법을 통해 환자들이 암 검사에서 받는 고통과 스트레스, 경제적 부담을 많이 완화할 것으로 기대하고 있다.
 

대장암과 유방암 세포를 함께 가지고 있는 쥐(왼쪽)에 상향변환 나노캡슐들을 주사하자 대장암 부분은 녹색, 유방암 부분은 파란색 형광을 냈다. [사진=기초지원연 제공]

권오석 생명연 박사는 “상향변환 나노캡슐 개발은 다양한 에너지 상향변환용 유기 형광 염료를 액상 형태로 실리카 캡슐에 가두려는 기술이 있었기 때문에 가능했다”며 “특히 이번에 활용된 유기형광 염료는 삼중항-삼중항 상향변환에 기반을 둔 것으로, 선택적 암 다중진단 연구에 응용됐다는 것이 이번 연구의 가장 큰 의의라 할 수 있다”고 밝혔다.

송현석 기초지원연 박사는 “신체 조직의 투과율이 좋고 조직 손상을 주지 않으면서 여러 종류의 암을 선택적으로 진단할 수 있다"며 "암의 종류뿐 아니라 암의 전이까지 진단할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 'ACS 나노' 온라인판에(논문명: Dual-Color Emissive Upconversion Nanocapsules for Differential Cancer Bioimaging in vivo, 주저자 : 권오석, 송현석, 교신저자: 나탈리 알치, 김재홍) 지난 7일 실렸다.


☞ 상향변환(UC·upconversion)
낮은 주파수를 가지는 두 개 혹은 그 이상의 광자를 이용해 높은 주파수를 가지는 하나의 광자를 생산해내는 에너지 변환 및 증폭 기술을 말한다. 빛 에너지 상향변환은 높은 파장의 빛(낮은 에너지)을 조사해 낮은 파장의 빛(높은 에너지)을 얻을 수 있는 현상이다. 일반 형광은 낮은 파장의 빛(높은 에너지)을 조사해 높은 파장의 빛(낮은 에너지)을 얻는다.

☞ 동시다중 진단
여러 질병을 동시에 진단할 수 있는 기술이다. 최근 의료시장에서 주목받고 있는 진단 기술 중에 하나다. 현재 병원에서 사용되고 있는 암 진단용 PET-CT는 동시다중 암 진단이 가능하지만 낮은 선택성과 노이즈로 인해 한계가 있다.

☞ 테라그노시스
치료를 뜻하는 '테라피(therapy)'와 진단을 뜻하는 '다이어그노시스(diagnosis)'를 합친 말이다. 형광물질로 질병을 조기 진단하고 치료를 동시에 수행하는 진단 및 치료기술을 뜻한다.