고민감성 나노조영제 신규합성법 및 수지상 세포의 생체내

림프절 이동 추적 기술

-고려대 융합대학원 임동권 교수, NPG Asia Materials 논문 게재-

▲ KU-KIST융합대학원 임동권 교수

□ 고려대학교(총장 염재호) KU-KIST 융합대학원 임동권 교수(대구경북첨단의료산업진흥재단(이재태 교수), 경북대학병원(전용현 교수), 전북대학병원(정환정 교수)와 공동연구)가 방사성 동위원소 기반의 분자영상법에 적용 가능한 고민감성 나노입자 조영제를 개발하여, 극소량의 나노입자 조영제만을 사용하여 항암면역작용을 하는 수지상 세포(Dendritic Cell)가 생체 내에서 림프절로 이동 및 분포 변화를 명확하게 추적하는 방법을 개발했다.

* 수지상 세포 : 항암면역작용에서 있어서 항원전달세포(antigen-presenting cell) 중의 하나이며, 수상돌기처럼 막의 돌기를 가진 면역세포이다. 인체에 바이러스, 세균 등 감염이나 종양과 같은 비정상적인 세포가 생겼을 때 이를 인식하고, T-세포에 정보를 제공하여 공격을 유도하는 역할을 하는 세포이다.

□ 이번 연구결과는 Nature 자매지이며, 나노 재료분야에 저명한 국제학술지인 NPG Asia Materials에 6월 17일자에 온라인 논문으로 게재됐다.
(논문명 : Radionuclide-embedded gold nanoparticles for enhanced dendritic cell-based cancer immunotherapy, sensitive and quantitative tracking of dendritic cells with PET and Cerenkov luminescence, NPG Asia Materials (2016) 8, e281; doi:10.1038/am.2016.80)

□ 연구팀은 한 개의 금 나노입자에 수백개 이상의 짧은 DNA 염기서열이 결합 가능한 특성을 활용하고, 특히 아데닌(Adenine) DNA 염기서열의 화학적 반응성을 이용하여, 금 나노입자 한 개당 수천개의 방사성 동위원소가 결합 가능하도록 하였으며, 생체내 안정성을 극대화하기 위하여 입자표면에 추가적인 보호층 (gold shell)을 형성시키는 방법으로, 고민감성, 고안정성 나노입자 조영제를 완성하였다. 수 pM(10-12 몰농도)의 매우 낮은 농도에서도 높은 방사선 신호를 방출하는 특성과 함께 강한 체렌코브 광학신호(Cerenkov)*를 나타내었다. 특히 항암면역작용에 필수적인 역할을 하는 수지상 세포(Dendritic Cell)에 제조한 나노입자로 표지하여 mouse에 주사한 경우, 수지상 세포의 생체 내에서 림프절로의 이동과 축적, 분포 변화를 주사 후 6시간부터 4일동안 분자영상(PET) 및 광학신호를 통해 추적 가능함을 밝혔다.

* 체렌코브 광학신호(Cerenkov): 러시아 물리학자 파벨, 알렉세예비치, 체렌코프등 3명이 규명한 현상으로, 1958년 노벨 물리학상을 수상하였다. 방사선 동위원소 붕괴 시 생성된 하전입자(베타선)가 유전체 속을 통과할 때, 입자의 속도가 유전체속에서 빛의 위상 속도 보다 빠르면 청백색의 빛이 방출되는 현상이다. 전기장의 작용으로 입자의 궤적에 따라 유전분극(전기장을 가했을 때 전기적으로 극성을 띤 분자들이 전체적으로 정렬하여 물체가 전기를 띠는 현상)이 일어나게 되고, 이 유전분극이 원래 상태로 되돌아 갈 때 이 에너지를 전자파로 복사한다.

□ 이번 연구는 항암면역작용에 기반한 항암치료 효과의 평가에 필수적인 면역세포들의 생체 내 이동, 분포 및 거동을 민감하고, 정량적인 방법으로 추적 가능함을 보여주는 결과이며, 특히 고민감성, 고안정성 분자영상 나노입자 조영제의 플랫폼 기술로 활용 가능하여 생체 내 면역세포의 추적 목적 외에 매우 작은 암 조직, 염증 부위등을 조기에 탐지하는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 보인다.

□ 융합대학원 임동권 교수는 “나노물질 합성화학에 대한 직관적 이해를 의료분야에 적용한 융합 연구가 기존 의학분야의 난제를 해결하는데 기여할 수 있으며, 적용 범위를 차츰 넓혀 실제 의료현장에 적용 가능한 수준에 도달할 수 있기를 기대한다.” 고 의의를 밝혔다.