DGIST 최홍수 교수, 자성나노치료제로 암세포… 회전자기장 메커니즘 규명

회전자기장 기반 자성 나노입자 길이 제어를 통한 종양 침투 메커니즘 분석으로, 암세포 내 자성나노입자의 침투와 자기 온열치료 효과를 강화하는 방법을 밝혀냈다. (사진=디지스트)

DGIST 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수팀은 회전자기장을 이용한 자성나노입자의 체인 분해 자기구동 메커니즘을 연구하여 암세포 내 자성나노입자의 침투와 자기 온열치료 효과를 강화하는 방법을 밝혀냈다.
 
이번 연구는 현재 암 치료 분야에서도 주목받고 있는 자기장을 이용한 자성 치료제 전달체에 대한 연구로, 향후 암 치료를 위한 표적 치료제 전달 분야에서 치료제 전달률과 치료 효과를 더 향상하는 등 다양한 방법으로 응용되어 암 치료 분야에 크게 이바지할 것으로 기대하고 있다.
 

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 국가과학난제도전사업 및 글로벌연구실사업, 기초과학연구원의 지원으로 수행했으며, 연구 결과는 재료 분야 최고 권위 학술지 ‘ACS Nano(JCR IF 17.1, 분야 상위 5.7%)’에 7월 게재됐다.
 
최근 암 치료 분야에서 암세포만을 선택적으로 치료하는 표적 치료제 개발이 주목받고 있다. 그중에서도 자기장을 이용하여 암세포를 표적할 수 있는 자성 치료제 전달체에 대한 연구는 꾸준히 다양하게 진행되고 있다.

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하지만 자성나노입자가 일반적인 형태의 균일 자기장에 노출되면, 자기장 방향으로 긴 체인을 형성하게 되어 암세포나 종양 내부로의 침투가 어려워 치료 효과 저해를 가져온다는 문제가 존재한다.
 
이에 DGIST 최홍수 교수팀은 특이한 자기장인 회전자기장을 활용해 자성나노입자의 행동과 유체 점성 저항력 사이의 상호작용을 분석하여 자성나노입자의 체인 길이를 선택적으로 제어할 수 있는 체인 분해 메커니즘에 대한 연구를 수행했다. 연구팀은 3차원 종양 모델(종양 스페로이드)을 이용하여 회전자기장을 통한 자성나노입자 체인 길이 조절 및 세포 내 흡수 효과와 암세포 자기 온열치료 효과 향상 등을 검증하고자 했다.
 
먼저, 회전자기장에 의한 자성나노입자 체인 분해 메커니즘 검증부터 진행했다. 암세포와 종양 스페로이드를 표적으로 삼아 자성나노입자를 회전자기장으로 구동시켜 세포 내 흡수 및 침투 효과 증가를 유도했다.
 
그리고 형광현미경(Fluorescence Microscope)을 이용한 세포 내 형광자성나노입자 이미징과 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용한 세포 및 스페로이드 절편 관측을 통해 회전자기장의 활용이 다른 비교 집단(균일 자기장에 노출된 집단, 자기장에 노출되지 않은 집단)보다 세포 및 종양 스페로이드 내부에 가장 깊이 침투했음을 증명했다.
 
또한, 자성나노입자의 자기 온열치료 효과를 집단별로 확인하기 위해 교류자기장을 이용하여 자기 온열치료에 의한 암세포 사멸을 유도했고, 그 결과 회전자기장에 의해 침투율이 제일 높은 집단에서 가장 우수한 치료 효과를 나타냈다.
 
이를 통해 회전자기장을 통한 자성나노입자의 체인 분해 메커니즘 및 자기 구동이 세포 내 흡수와 침투력을 높이고 자성나노치료제의 치료 효과를 강화할 수 있음을 최종적으로 확인했다.
 
DGIST 최홍수 교수는 “회전자기장에 의한 자성나노입자의 자기 구동이 암세포 및 종양 스페로이드 내 자성나노입자 흡수 및 침투를 돕고, 결론적으로 종양 치료 효과 향상을 가져온다는 것을 검증했다”라며, “이번 연구를 통해 개발된 기술이 향후 자성 치료제를 활용한 암 표적치료 분야에서 치료 효과를 높이는 방법으로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.