KAIST는 신소재공학과 염지현 교수 연구팀이 바이오 나노 소재의 표면에 카이랄성을 부여할 수 있는 ‘카이랄 나노 페인트’ 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
연구팀은 카이랄 나노 페인트 기술 개발에 이어 생명과학과 정현정 교수 연구팀과의 후속 연구를 통해 mRNA를 전달하는 지질전달체(mRNA, 유전자, 약물 등의 생체물질을 감싸서 세포 내부로 안전하게 전달하는 나노입자) 표면 도입에도 성공했다.
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신소재공학과 염지현 교수, 정욱진 석박사통합과정. KAIST 제공 |
우선 염 교수 연구팀은 연구 과정에서 왼손잡이(L-형)와 오른손잡이(D-형) 구조를 가진 분자가 서로 다르게 작용하는 카이랄 선택성(Chiral Selectivity)에 주목, 나노 소재의 표면에 카이랄 나노 페인트를 적용해 카이랄성을 부여하는 기술을 개발했다.
이를 통해 나노미터(nm) 단위의 나노 입자부터 마이크로미터(μm) 단위의 마이크로 구조체에 이르기까지 다양한 크기의 소재에 카이랄성을 입히는 데 성공했다.
특히 카이랄 나노 페인트 기술로 카이랄 자성 나노 입자를 합성하고, 이를 종양에 주입한 후 자기장 처리로 생성되는 열을 통해 종양 조직을 괴사시키는 항암 온열 치료 기술을 실증했다. 이 과정에서 D-카이랄성을 가진 자성 나노 입자가 L-카이랄성을 가진 자성 나노 입자보다 암세포에 더 많이 흡수돼 4배 이상 향상된 항암 치료 효과를 거둘 수 있다는 점을 증명했다.
정 교수 연구팀과 진행한 후속 연구에서는 mRNA를 전달하는 지질전달체 표면에 카이랄 페인트 기술이 도입됐다. mRNA 기반의 치료제는 세포 내에서 단백질을 직접 합성할 수 있도록 유전 정보를 전달하는 방식이지만, 전달체의 불안정성으로 치료 효과가 제한적이라는 한계를 보였다.
카이랄 나노 페인트 기술은 이러한 문제를 해결해 mRNA 치료제의 효율성을 극대화할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한다. 실제 D-카이랄성 페인트를 도입한 지질전달체를 사용한 경우 mRNA의 세포 내 발현은 2배 이상 안정적으로 증가했다.
이를 토대로 카이랄 나노 페인트 기술이 앞으로 의료용 바이오 소재 등 차세대 약물 전달 시스템과 바이오 센서, 촉매 및 나노 효소 등 분야에서 다양하게 응용될 수 있을 것으로 연구팀은 내다본다.
염 교수는 “이번 연구는 바이오 나노 소재의 성능을 높이고, 다양한 크기와 모양을 가진 혁신적 나노 소재 합성 방법론을 제시했다는 점에서 의미를 갖는다”며 “연구팀은 앞으로도 카이랄 나노 소재를 활용해 암, 코로나19 등 질병을 예방할 백신 개발과 진단 및 치료를 위한 차세대 바이오 플랫폼 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 범부처 전주기 의료기기연구개발사업단, 연구재단 우수 신진사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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