KAIST 연구팀, 위치 추적 가능한 약물 전달체 기술 개발
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KAIST 연구팀, 위치 추적 가능한 약물 전달체 기술 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2021.09.07 23:20
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논문, 국제학술지 ‘Applied Materials and Interfaces’ 7월 27일자 온라인판 게재
국제학술지 'Applied Materials and Interfaces' 2021년 13호 표지논문으로 실린 해당 논문
국제학술지 'Applied Materials and Interfaces' 2021년 13호 표지논문으로 실린 해당 논문

[위즈뉴스] 위치 영상화가 가능한 약물 전달체 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST(총장 이광형)는 7일, 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 중앙대 화학과 박태정 교수, 가천대 바이오나노학과 김문일 교수와의 공동 연구를 통해 중금속 흡착 단백질을 이용한 금속 나노입자 고효율 생합성 기술을 개발하고, 이를 이용해 위치 영상화가 가능한 약물 전달체를 개발했다고 밝혔다. 

KAIST 박현규 교수(왼쪽)와 가천대 김문일 교수 / 사진=KAIST
KAIST 박현규 교수(왼쪽)와 가천대 김문일 교수 / 사진=KAIST

이번 연구 성과를 담은 논문은 미국화학회가 발행하는 SCI급 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이시스(Applied Materials and Interfaces, IF=9.229)’ 7월 27일자 온라인판에 게재됐으며 올해 발간되는 13호 표지 논문으로도 선정됐다.

논문명은 'In situ biosynthesis of a metal nanoparticle encapsulated in alginate gel for imageable drug-delivery system'이며, KAIST 박현규 교수가 교신저자로, 가천대 김문일 교수와 중앙대 박태정 교수가 공동 제1저자로 참여했다.

공동연구팀의 박현규 교수는 “이번 연구에서 개발된 중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 독성 물질 없이, 고속·고농도로 다양한 금속 나노입자를 생합성할 수 있고 동시에 약물의 서방형 방출이 가능하기 때문에, 향후 위치 추적이 가능한 약물 전달체 등에 응용될 수 있다”고 말했다. 

국제학술지 'Applied Materials and Interfaces' 최근호에 게재된 해당 논문
국제학술지 'Applied Materials and Interfaces' 최근호에 게재된 해당 논문

현재 금속 나노입자의 합성에 주로 사용되고 있는 물리화학적 방법은 독성이 있는 환원제, 계면활성제 및 유기 용매를 이용해야 해서 약물전달체 등 생체 내에 사용하기 어려운 단점을 가지고 있다.

이를 극복하기 위해 환원력이 우수한 단백질을 미생물 내에 과발현해 금속 나노입자를 생합성하는 기술이 개발됐으나, 이 방법은 미생물이 받아들일 수 있는 금속 전구체의 종류 및 농도가 제한된다는 단점이 있다. 

연구팀은 이러한 현행 기술의 한계를 극복하기 위해, 대장균에 중금속 흡착 단백질을 발현하는 플라스미드를 형질 전환해 단백질을 과발현한 후 이를 알지네이트 젤에 포집해 그 활성을 안정화하는 기술을 개발했다.

금속나노입자와 약물을 동시에 포집한 다기능성 알지네이트 젤 개발과 이의 생체 내 위치 영상화 기술 모식도 / 자료이미지=KAIST
금속나노입자와 약물을 동시에 포집한 다기능성 알지네이트 젤 개발과 이의 생체 내 위치 영상화 기술 모식도 / 자료이미지=KAIST

중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 다양한 종류의 금속 이온을  30분 이내로 빠르게 고농도로 흡착 및 환원시켜 금, 은, 자성 및 양자점 나노입자 등 다양한 종류의 금속 나노입자를 알지네이트 젤 내부에 고농도로 생합성하는 데 효과적으로 활용됐다. 

특히, 연구팀은 항암제 등 약물과 중금속 흡착 단백질을 알지네이트 젤에 동시에 포집한 후 높은 형광을 나타내는 양자점 나노입자를 젤 내부에 합성함으로써 형광을 통해 위치의 추적 및 영상화가 가능하고 약물의 서방형 방출이 가능한 다기능 약물 전달체를 개발하는 데 성공했다. 서방형(sustained release)이란 약물 등이 장시간에 걸쳐 서서히 방출되는 형태를 말한다.

연구팀은 항암제와 녹색 형광을 보이는 카드뮴 셀레나이드 (CdSe) 및 파란색 형광을 보이는 유로피움 셀레나이드 (EuSe)로 이루어진 양자점을 동시에 포집한 약물 전달체를 마우스에 경구로 주입한 후, 이 약물 전달체의 위치를 생체 내에서 추적 및 영상화할 수 있다는 사실을 확인했다. 

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 중견연구자지원사업의 일환으로 수행됐다.


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