나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 한국과학기술연구원 생체분자인식연구센터의 정영도 박사, 울산과학기술원 에너지화학공학과의 곽상규 교수, 화학과의 유자형 교수, 퓨전바이오텍의 김채규 박사 공동 연구팀이 암세포 등 특정 세포에 대해 접힘, 펴짐 등 분자의 움직임을 통해 세포막을 뚫고 침투해 세포를 죽이는 새로운 방식의 생화학적 나노머신을 개발

● 단백질을 모사한 나노머신을 개발하여 세포 환경에서 움직임을 구현하고자 하는 시도는 많은 조명을 받고 있지만, 나노머신이 의미 있는 움직임을 구현하고, 이를 의약학적으로 적용하려는 시도는 세포가 스스로를 보호하려는 특성으로 인해 어려움을 겪고 있음

● 이에 연구팀은 단백질의 계층적 구조에 주목하여 2nm(나노미터) 수준의 금 나노입자와 주변 환경에 따라 접히고 펴질 수 있는 분자를 각각 합성한 후 이를 결합하여 계층적 구조의 나노머신을 제작

● 해당 나노머신은 움직이는 유기분자와 축이 되는 거대 구조인 무기나노입자로 움직임과 방향을 정의해 세포막을 만나면 접히고 펴지는 기계적 움직임을 나타내었고 세포에 직접 침투해 세포소기관을 망가뜨려 사멸을 유도

● 이러한 방식은 치료용 약물을 전달하는 캡슐형 나노 전달체와 달리 항암제를 사용하지 않고 기계적 움직임을 통해 암세포를 직접 죽이는 새로운 방식

● 더 나아가 암세포 사멸에 더욱 적합하게 기계적 움직임을 제어하기 위해 걸쇠 분자를 나노머신에 끼워 넣었으며, 끼워 넣은 걸쇠 분자는 낮은 pH 환경에서만 풀리도록 설계해 상대적으로 pH가 높은 정상 세포(pH 7.4 내외)에서는 움직임이 제한되어 세포 안으로 침투가 불가능

● 하지만, 암세포 주변(pH 6.8 내외)의 낮은 pH에서는 걸쇠 분자가 풀려 기계적 움직임이 유도되고 암세포에 침투하는 결과를 확인

● 해당 연구는 약물 없이 나노머신에 붙은 분자의 기계적 움직임으로 직접 암세포에 침투하여 사멸시키는 새로운 방식을 제시하였고, 기존 항암치료의 부작용을 극복할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있을 것으로 기대

※ 용어설명

- 나노머신(Nanomachine): 에너지를 사용하고, 기계적 움직임이 있으며, 목적한 일을 수행하는 나노크기의 구조체

* 생물학적 나노머신인 단백질은 주변의 열역학적 에너지를 활용하고 기계적 움직임을 통해 구조적으로 변화하여 생명현상에 관여

※ Journal of the American Chemical Society 게재(2022.03.02.), “Stimuli-Responsive adaptive nanotoxin to directly penetrate the cellular membrane by molecular folding and unfolding”

※ KIST 주요사업, 한국연구재단(중견연구자사업, 바이오의료기술사업) 지원