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암세포만 밝고 선명하게 보여 주는 ‘나노 램프’ 나왔다

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2017년 02월 07일 01:00 프린트하기

침습적 조직 검사 없이도 몸 속 깊숙이 숨어 있는 암세포를 손쉽게 찾아낼 수 있는 기술이 개발됐다.

 

천진우 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단장(연세대 화학과 특훈교수) 연구팀은 조직 내 병든 세포만 선택적으로 밝고 선명하게 보이도록 해 주는 ‘나노 자기공명영상(MRI) 램프’를 개발했다고 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 6일자 온라인판에 발표했다.

 

기존의 ‘자기공명영상(MRI)’ 조영제(오른쪽)와 기초과학연구원(IBS) 연구진이 개발한 ‘나노 MRI 램프’(왼쪽)를 비교한 모식도. 나노 MRI 램프는 병든 세포만 주변 대비 최대 10배 밝게 보이도록 해 준다. 기존의 MRI 조영제가 밝은 대낮에 램프를 켜는 것이라면, 나노 MRI 램프는 어두운 밤에 램프를 켜는 것과 같다. - 기초과학연구원 제공

기존의 ‘자기공명영상(MRI)’ 조영제(오른쪽)와 기초과학연구원(IBS) 연구진이 개발한 ‘나노 MRI 램프’(왼쪽)를 비교한 모식도. 나노 MRI 램프는 병든 세포만 주변 대비 최대 10배 밝게 보이도록 해 준다. 기존의 MRI 조영제가 밝은 대낮에 램프를 켜는 것이라면, 나노 MRI 램프는 어두운 밤에 램프를 켜는 것과 같다. - 기초과학연구원 제공

● 암 걸린 쥐 몸에서 선택적으로 암세포 찾는 데 성공

 
나노 MRI 램프는 질병과 연관된 유전자와 단백질, 금속 이온, 화학 분자 등 특정 생체 인자에만 반응한다. 즉, MRI 영상에서 관찰하고자 하는 병든 조직만 주변 대비 최대 10배까지 밝고 선명하게 볼 수 있다.
 
이 나노 MRI 램프를 이용해 연구진은 암에 걸린 쥐의 몸에서 암세포를 찾아내는 데 성공했다. 나노 MRI 램프는 암을 전이시키는 데 관여하는 단백질 효소인 ‘MMP-2’가 극미량만 존재해도 이를 선택적으로 인식하고, 암세포가 있는 부위에서만 강한 MRI 신호를 내도록 했다.
 
이전에도 선명한 영상을 얻기 위해 MRI 조영제를 사용하긴 했지만, 주변 조직과 병든 조직을 확연히 구분짓지 못했다. 천 단장은 “기존의 MRI 조영제가 밝은 대낮에 램프를 켜는 것이었다면, 나노 MRI 램프는 어두운 밤에 램프를 켜는 것”이라고 설명했다. 

‘나노 자기공명영상(MRI) 램프’의 구성 요소. 생체 인자 인식 물질이 상자성 물질과 자성 나노입자를 결합하는 형태로, 스위치 역할을 한다. - 기초과학연구원 제공
‘나노 자기공명영상(MRI) 램프’의 구성 요소. 생체 인자 인식 물질이 상자성 물질과 자성 나노입자를 결합하는 형태로, 스위치 역할을 한다. - 기초과학연구원 제공

● 새로운 자기 현상 최초 발견해 MRI 신호 세기 조절하는 스위치 만들어
 
연구진은 자성을 띤 두 물질 사이의 거리에 따라 MRI 신호의 세기가 달라지는 ‘자기 공명 튜닝(MRET)’ 현상을 최초로 발견하고, 이 원리를 적용해 나노 MRI 램프를 개발했다. 연구진에 따르면, 서로 가까이 붙어 있던 상자성 물질(외부 자기장이 있을 때만 자성을 띠는 물질)과 자성을 띤 나노입자의 거리가 7나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m)보다 멀어지면 자기장 변화에 의해 이를 촬영한 MRI 신호가 강해진다.
 
이 같은 원리를 바탕으로 연구진은 MMP-2 같은 생체 인자를 인식하는 물질이 상자성 물질과 자성 나노입자 사이를 연결하는 형태로 나노 MRI 램프를 만들었다. 만약 MMP-2가 체내에 있으면 생체 인자 인식 물질의 결합이 일부 끊기고, 이 경우 자성 나노입자와 상자성 물질 사이의 간격이 멀어지면서 MRI 신호가 이 부위에서 강해진다. 즉, MRI 영상에서 암 전이가 일어난 부위만 밝게 보이게 된다. 생체 인자 인식 물질이 램프의 스위치 역할을 하는 것이다.
 
이처럼 나노 MRI 램프는 빛이 아닌 자기장의 변화 원리를 활용하기 때문에 생체 깊숙한 곳에 있는 조직까지도 쉽게 관찰할 수 있다. 빛이 닿지 않는 조직에는 적용하기 힘들었던 ‘형광 공명 에너지 전달(FRET)’ 방법이 가진 한계를 극복할 수 있는 셈이다.
 
또 생체 인자를 인식하는 물질만 바꿔 주면 암뿐만 아니라, 다양한 질병을 정밀 진단하는 데도 활용할 수 있다. 천 단장은 “다양한 질병을 분자 수준에서 정밀 관찰하고 정확하게 진단하는, 영상 진단의 새로운 길을 열었다”고 말했다. 

 

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