IBS 복잡계 자기조립 연구단 김원종(포스텍 교수) 그룹리더팀 이 ‘빛과 환원된 산화 그래핀’을 이용해 약물 전달 효과를 극대화 할 수 있는 작용기전을 규명했다. 이번 연구를 통해 약물의 효과를 기존 대비 40% 향상시켰다는 평가를 받고 있다.

약물이 질병 부위에서 효과적으로 전달되기 위해서는 외부 자극을 통한 시·공간적 약물 전달이 필요하다. 이에 빛, 온도, 자기장, 초음파 등 많은 외부 자극을 이용한 약물 전달 시스템의 개발이 주목을 받고 있다. 그 중 ‘빛’은 원하는 시간, 원하는 부위에 특이적으로 자극을 줄 수 있기 때문에 특히 주목을 받고 있으며, 특히 근적외선 영역의 빛은 피부 및 조직 투과력이 우수하기 때문에 그 응용 가능성이 매우 크다.

연구진은 환원된 산화 그래핀 기반의 나노 구조체가 기존의 나노 입자 기반의 약물 전달체 보다 많은 약물을 쉽게 담을 수 있고, 동시에 근적외선에 의해 광열효과를 나타낼 수 있다는 점에서 착안해 광열 자극에 의한 약물 전달 조절이 가능한 약물 전달체를 개발하고 그 작용 기전을 규명했다.

이번 연구성과는 여러 가지 난치성 질병치료의 기초가 되는 것은 물론, 앞으로 의약학, 보건의료, 암치료 등에 다양하게 적용될 것으로 기대된다는 점에서 의미가 있다. 또한 다른 나노 입자 기반 약물전달체들과 비교하여 그 성능을 높일 수 있을 뿐 아니라 훨씬 저렴한 가격에 보급할 수 있을 것으로 기대된다.

김현우 IBS 복잡계 자기조립 연구단 연구원은 “광열 효과를 이용한 산화 그래핀 기반 약물 전달 메커니즘 규명은 주목할 만한 연구결과이며 앞으로 지속적인 연구를 통해 생체적합성, 질병 특이성 등을 보완할 계획”이라고 말했다.

IBS 김원종 그룹리더는 “앞으로 원하는 시간, 원하는 부위에 원하는 양의 약물을 전달할 수 있는 스마트한 약물 전달 시스템으로의 적용이 가능할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

IBS 복잡계 자기조립 연구단 그룹리더 김원종 연구진(POSTECH 교수)은 KAIST 이해신 교수팀과 공동으로 홍합접착 모사 단백질의 일종인 폴리노레피네프린의 반응 경로를 규명했다. 연구팀은 이를 주사바늘 등 인체 삽입용 의료도구에 활용되는 일산화질소 코팅방법으로 응용하는데 성공했으며, 이는 항(抗) 박테리아 주사바늘 등 다양한 인체 삽입용 의료도구 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대를 모으고 있다.

인체 내에 들어가는 제세동기, 임플란트, 주사바늘 등 인체 삽입용 의료도구들은 시술 전후 세균 감염으로 인한 질병이 일어날 수 있어 반드시 표면처리가 필요하다. 이 때 사용되는 것은 주로 스프레이 코팅이나 담금 피막법 등이지만, 의료도구의 물질에 따라 코팅방법을 바꿔야 하거나, 생체에 부작용을 일으킬 수 있다는 문제점이 지적되어 왔다.

그 대안으로 제시된 것이 홍합 접착 단백질을 모사한 폴리도파민이라는 물질로, 모든 물질에 코팅이 가능할 뿐 아니라 홍합에서 모사한 물질인만큼 생체에 부작용을 일으키지 않아 많은 학자들이 이에 대한 연구를 진행해 왔다. 하지만, 폴리도파민은 코팅 과정에서 침전물이 생겨 표면이 고르게 되지 않아 실제로 활용 가능성이 떨어진다는 단점이 있었다.

공동연구팀은 폴리도파민의 유도체 중 하나인 폴리노레피네프린이 형성될 때 다이하이드락시 벤즈알데히드(3,4-dihydroxy-benzaldehyde.DHBA-NE)라는 물질이 침전물의 형성을 막고 고른 표면을 얻을 수 있게 해준다는 사실을 밝혀냈다. 또, 연구팀은 폴리노레피네프린을 이용해 농도에 따라 항균, 혈관재협착 방지, 상처 치유나 항암 치료 등 다양하게 적용되는 일산화질소 코팅방법도 제시했다.

일산화질소는 대표적인 대기오염 물질로 알려져 있지만, 생체 내에서는 혈관 팽창이나 신경전달, 세포성장과 사멸을 관여하는 유용한 물질이다. 이러한 일산화질소 코팅 기술은 지금까지 미국을 중심으로 활발하게 연구가 진행되고 있는 반면, 우리나라에서는 관련 기술이 전무한 상태였다. 또, 미국을 중심으로 개발된 일산화질소 코팅 기술은 합성이 어려운데다 코팅력이 약하고 다양한 물질의 표면에 코팅하기 어렵다는 많은 단점을 가지고 있었다.

IBS 김원종 그룹리더는 “폴리노레피네프린을 이용한 일산화질소 코팅 방법은 해외 특허들과 견줄 수 있는 순수 국내 원천기술로 항균, 혈관 재협착 방지, 상처치유 등의 다양한 기능을 갖춘 의료도구를 개발하는데 전기를 열었다는 평가를 받고 있다”고 밝혔다.