연구성과

화학 김원종-창의IT 김철홍-이화여대 윤주영 교수팀, 암 ‘빛’으로 진단과 동시에 치료한다

2020-03-31 374

[POSTECH-이화여대 공동연구팀, 초분자 프탈로시아닌 조립체 이용한 광음향 이미징 및 광열 치료법 개발]

이화여대(총장 김혜숙) 공동연구팀이 수술 없이 암세포만 골라 태워 죽이는 ’광음향 영상법‘과 ‘광열(光熱) 치료법’을 동시에 시행할 수 있는 조영제를 개발했다.

화학과 김원종 교수팀, 창의IT융합공학과 김철홍 교수팀, 이화여대 화학과 윤주영 교수팀은 공동연구를 통해 수용성인 프탈로사이닌 계열의 두 물질을 간단한 자기조립 방법을 이용해 만든 ‘나노 구조체’를 조영제로 이용해 암 세포를 촬영하면서 진단하는 동시에 광열효과로 항암치료를 하는 방안을 제시했다. 이번 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 ‘안게반테 케미(Angewandte Chemi)’ 최신호 온라인판에 게재됐다.

광음향 영상기술은 기존에 사용돼오던 형광 이미징 기술보다 더 높은 생체투과율로 조직 내 깊은 곳까지 투과하여 촬영할 수 있기 때문에 새로운 의료 영상 이미징 기술로서 각광 받고 있다. 또한, 광열 치료법은 빛을 조영제에 조사하여 국부적으로 열을 유도하여 고형암을 태워서 제거하는 치료요법으로 수술 없이 암을 치료할 수 있다는 점에서 새로운 암 치료법으로 떠오르고 있다. 이런 광음향 영상과 광열 치료요법을 위해서는 효과적인 조영제가 필요하다.

공동연구팀은 수용성인 프탈로시아닌 계열의 두 물질 PcS4와 PcN4이 서로의 분자를 인식해 나노 구조체를 형성하는 것에 주목했다. 빛을 조사하게 되면, PcS4와 PcN4이 따로 존재했을 때는 약 35도까지 온도가 올라가지만, 자기조립되어 형성된 나노 구조체는 약 43도까지 온도가 상승하여 보다 효과적인 광열효과를 나타냈다.

공동연구팀은 이러한 특성을 이용해 생체 내에 나노 구조체를 조영제로 주입해 광음향 영상을 통해 암세포를 골라 촬영했다. 또 주입된 나노 구조체는 광열제 역할도 해 레이저를 조사하면 고온을 발생시켜 암 조직을 태워 제거하는 광열효과를 나타내는 것을 확인했다.

또한, 암을 지니고 있는 동물모델에 나노 구조체를 주입한 결과, 광음향 영상을 이용하여 암을 특정할 수가 있었고, 나노 구조체 또는 빛을 단독으로 조사한 경우에 비해, 나노 구조체와 빛을 동시에 조사한 경우에 암의 증식을 약 15%까지 억제할 수 있었다.

이화여대 윤주영 교수는 “간단한 조작만으로 나노 구조체를 만들 수 있다”며 “ 나노 구조체 방법은 기존의 복잡한 제조 과정과 물질의 유독성 문제점을 극복하여 암 진단과 영상 유도 암 치료 효율을 높이는데 효과적이다”라고 말했다.

김원종 교수와 김철홍 교수는 ”지금까지 암의 진단과 치료를 동시에 치료한 방법에 대한 연구는 있었지만 낮은 효율로 인해 임상에 적용되기는 어려움이 있었다“며 ”이번에 개발된 초분자 나노 구조체는 기존의 물질보다 높은 광음향과 광열효과를 나타내기 때문에, 암을 진단하는 동시에 광열효과로 항암치료를 할 수 있어 암 정복의 새로운 전략이 될 수 있을 것“이라며 기대감을 밝혔다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 리더연구사업, 미래소재디스커버리사업, ICT명품인재양성사업의 지원으로 수행됐다.