최근 국민들의 서구화된 식습관으로 인해 대장암 발병율이 급속도로 증가하고 있다. 중앙암등록본부에 따르면 대장암 환자는 전체암환자 100명 중 13명으로, 암종별 발병률은 전체 3위(2012년 기준)이다.

이러한 대장암은 내시경을 이용한 검사법으로 검진하는 것이 일반적이다. 내시경은 체내 질병의 가시적인 진단과 조직검사 및 병변제거 등의 간단한 시술을 위해 널리 사용된다. 그러나 가시적인 관찰에 그칠 수 있고, 정확한 진단과 치료까지는 부수적인 절차와 시간이 필요하다. 이는 내시경의 좁은 전면에 이미 여러 장치들이 몰려있어, 추가적인 기능 구현에 한계가 있기 때문이다.

이에 IBS기초과학연구원 나노입자 연구단 연구팀은 내시경에 그래핀 복합체를 접목하고, 나노치료입자를 고안하는 방법으로 이와 같은 문제를 해결하였다. 특히, 이번 연구는 차세대 나노물질로 각광받고 있는 그래핀을 의료기기에 활용하였다는 데 큰 의의가 있다.

연구진은 그래핀과 은 나노와이어 복합체에 산화이리듐을 전기화학 증착하여 그래핀 복합체를 개발하였다. 이 장치는 투명소자로 내시경 렌즈 위에 부착이 가능하다. 또한 물리적·화학적 성질도 우수하다. 이를 활용하여 조직검사 시 필요한 임피던스와 산성도 정보를 즉시 얻어 주변 세포와 암세포를 구분함으로써 대장암을 조기 진단할 수 있다. 이 뿐만 아니다. 고온·고압의 상태에서도 그 기능을 유지하기 때문에 수술 전 필수적인 살균과정에서도 기계적인 변형이 없다. 또한 고주파 열치료 등이 필요한 실제 수술과정에서 충분히 활용될 수 있다.

이번 연구로 함께 개발된 나노치료입자는 외부에 항체를 도포해, 특정 암세포에만 선택적으로 결합하는 특성을 갖는다. 게다가 입자 내부에는 형광물질이 있어, 형광영상을 이용하면 대장암의 정확한 위치를 파악할 수 있다. 또한 금 나노막대와 항생제를 함유한 온도 민감성 고분자는 내시경의 빛에 반응해 주변조직의 피해 없이 암세포만을 골라 치료할 수 있다.

그래핀 복합체와 나노치료입자를 이용한 대장 내시경 시스템은 기존의 대장 내시경 대비 진단 정확성이 높고, 치료 시간까지 단축시켜 향 후 대장암 치료의 핵심 기술이 될 수 있을 것으로 보인다. 특히, 본 연구를 통해 개발된 기술들은 향후 임상을 거친 뒤 로봇 수술에 접목되어 다양한 치료에 광범위하게 적용될 것으로 기대된다.

▲ 그래핀 복합체(우상)가 부착된 내시경(좌)과 나노치료입자(우하)

▲ 그래핀 복합체와 나노치료입자로 구성된 내시경 시스템의 적용 순서

대외협력실 김한섭