암세포 근처에서만 풀리는 걸쇠 분자 이용해 암세포만 선택적으로 침투
한국과학기술연구원(KIST) 생체분자인식연구센터 정영도 박사팀은 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 곽상규 교수팀, 화학과 유자형 교수팀, 퓨전바이오텍의 김채규 박사와의 공동연구를 통해 이 같은 생화학적 나노머신을 개발했다고 20일 밝혔다.
공동연구팀은 단백질의 계층적 구조에 주목했다.
단백질은 거대 구조의 축과 실제 움직이는 부분이 계층적으로 분리되어 축을 중심으로 특정 부분만 의도적으로 움직일 수 있지만, 움직이는 부분과 축이 같은 계층에 있도록 설계된 대부분의 기존 나노머신의 경우 동시에 두 부분이 같이 움직이게 되어 특정 부분을 의도대로 조종하기 어려웠다.
이에 연구진은 2nm 수준의 금나노입자와 주변 환경에 따라 접히고 펴질 수 있는 분자를 각각 합성하고 결합해 계층적 구조의 나노머신을 만들었다.
이 나노머신은 움직이는 유기분자와 축이 되는 거대 구조인 무기나노입자로 움직임과 방향을 정의해 세포막을 만나면 접히고 펴지는 기계적 움직임을 보였고 세포에 직접 침투해 세포소기관을 망가뜨려 사멸을 유도했다.
이러한 방식은 치료용 약물을 전달하는 방식의 캡슐형 나노 전달체와 달리 항암제를 사용하지 않고 기계적 움직임을 통해 암세포를 직접 죽이는 새로운 방식이다.
연구팀은 한발 더 나아가 나노머신의 암세포 사멸에 더욱 적합하게 기계적 움직임을 제어하기 위해 걸쇠 분자를 나노머신에 끼워넣었다.
끼워 넣은 걸쇠 분자는 낮은 pH 환경에서만 풀리도록 설계해 상대적으로 pH가 높은 정상 세포(pH 7.4 내외)에서는 나노머신의 움직임이 제한되어 세포안으로 침투 할 수 없었다.
하지만 암세포 주변(pH 6.8 내외)의 낮은 pH에서 나노머신은 걸쇠 분자가 풀려 기계적 움직임이 유도되고 암세포에 침투하는 결과를 확인했다.
KIST 정영도 박사는 “개발한 나노머신은 단백질들이 환경에 따라 형태를 바꾸어 생물학적 기능을 수행하는 것에서 아이디어를 얻었다”며, “약물 없이 나노머신에 붙은 분자의 기계적 움직임으로 직접 암세포에 침투하여 사멸시키는 새로운 방식을 제시했고, 기존 항암치료의 부작용을 극복할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있다”라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견 연구자 사업 및 바이오의료기술사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학 분야의 권위지인 ‘Journal of the American Chemical Society’ 최신호에 게재 및 Supplementary Cover에 선정됐다.
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| ▲ 정영도 선임연구원과 곽상규 교수 (사진= KIST 제공) |
[mdtoday=김민준 기자] 암세포 등 특정 세포 환경에서 접힘, 펴짐 등 분자의 움직임을 통해 세포막을 뚫고 침투해 세포를 죽이는 새로운 방식의 생화학적 나노머신이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST) 생체분자인식연구센터 정영도 박사팀은 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 곽상규 교수팀, 화학과 유자형 교수팀, 퓨전바이오텍의 김채규 박사와의 공동연구를 통해 이 같은 생화학적 나노머신을 개발했다고 20일 밝혔다.
공동연구팀은 단백질의 계층적 구조에 주목했다.
단백질은 거대 구조의 축과 실제 움직이는 부분이 계층적으로 분리되어 축을 중심으로 특정 부분만 의도적으로 움직일 수 있지만, 움직이는 부분과 축이 같은 계층에 있도록 설계된 대부분의 기존 나노머신의 경우 동시에 두 부분이 같이 움직이게 되어 특정 부분을 의도대로 조종하기 어려웠다.
이에 연구진은 2nm 수준의 금나노입자와 주변 환경에 따라 접히고 펴질 수 있는 분자를 각각 합성하고 결합해 계층적 구조의 나노머신을 만들었다.
이 나노머신은 움직이는 유기분자와 축이 되는 거대 구조인 무기나노입자로 움직임과 방향을 정의해 세포막을 만나면 접히고 펴지는 기계적 움직임을 보였고 세포에 직접 침투해 세포소기관을 망가뜨려 사멸을 유도했다.
이러한 방식은 치료용 약물을 전달하는 방식의 캡슐형 나노 전달체와 달리 항암제를 사용하지 않고 기계적 움직임을 통해 암세포를 직접 죽이는 새로운 방식이다.
연구팀은 한발 더 나아가 나노머신의 암세포 사멸에 더욱 적합하게 기계적 움직임을 제어하기 위해 걸쇠 분자를 나노머신에 끼워넣었다.
끼워 넣은 걸쇠 분자는 낮은 pH 환경에서만 풀리도록 설계해 상대적으로 pH가 높은 정상 세포(pH 7.4 내외)에서는 나노머신의 움직임이 제한되어 세포안으로 침투 할 수 없었다.
하지만 암세포 주변(pH 6.8 내외)의 낮은 pH에서 나노머신은 걸쇠 분자가 풀려 기계적 움직임이 유도되고 암세포에 침투하는 결과를 확인했다.
KIST 정영도 박사는 “개발한 나노머신은 단백질들이 환경에 따라 형태를 바꾸어 생물학적 기능을 수행하는 것에서 아이디어를 얻었다”며, “약물 없이 나노머신에 붙은 분자의 기계적 움직임으로 직접 암세포에 침투하여 사멸시키는 새로운 방식을 제시했고, 기존 항암치료의 부작용을 극복할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있다”라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견 연구자 사업 및 바이오의료기술사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학 분야의 권위지인 ‘Journal of the American Chemical Society’ 최신호에 게재 및 Supplementary Cover에 선정됐다.
메디컬투데이 김민준 ([email protected])
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