나노기술 및 정책 정보

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병원성 세균에만 반응해 활성산소를 일으켜 사멸까지 유도하는 나노 로봇이 최근 국내 연구진에 의해 개발됨. 이 로봇은 필연적으로 내성이 발생하는 기존 항생제와는 다른 새로운 방식으로, 내성으로부터 자유로운 감염치료제 개발의 실마리가 될 것으로 관련 학계의 기대를 모으고 있음.

성균관대학교 의학과 김경규 교수 연구팀(Chaurasia박사, Batool박사)은 성균관대학교 신소재공학부 이정현 교수, 서울대학교 식품공학과 유상렬 교수와 함께 황색포도상구균에 선택적으로 결합하고 외부 전기신호에 반응해 활성산소를 발생 시킴으로서 제균을 유도하는 20nm 크기의 나노로봇을 개발했다고 13일 밝힘.

연구팀은 피하조직이 내성 황색포도상구균에 감염된 봉와직염 생쥐모델에 나노로봇을 주입하고, 전기신호를 가하자 감염균이 빠르게 사멸되면서 염증이 사라지는 것을 관찰함. 또한 황색포도상구균에 감염된 대식세포(동물) 배양액에 나노로봇을 첨가하고 전류를 흘리면 세균의 세포벽에 결합한 나노로봇이 전기자극에 반응하면서 활성산소를 발생시키고, 세포막을 파괴하는 것을 공초점현미경을 통해 확인함.

연구팀은 "핵심은 동물 세포가 아닌 세균에게만 달라붙고, 원하는 때에 활성산소를 발생한다는 것"이라고 새롭게 개발된 나노로봇의 특징에 대해 설명함. 그러면서 "세균에 대한 선택성은 박테리오파지가 세균에 기생할 때 필요한 도킹 단백질(엔도라이신)을 철 나노입자에 코팅해 확보했으며, 전기자극을 통해 철 나노입자로부터 활성산소 발생을 유도, 세균사멸의 시간적 선택성을 부여했다"고 덧붙임.

기존 항생제는 세균이 가진 단백질을 표적하기 때문에, 돌연변이 표적 단백질을 가진 세균이 적응과정에서 살아남아 필연적으로 내성균이 발생하는 것으로 알려져 있음. 세균의 세포막에 결합해 세포막을 손상시키는 기전의 항생제가 있었지만, 이로 인해 세포막이 변형된 내성균이 발생하기도 했음. 반면 활성산소에 의한 세포막 손상은 단순히 유전자 돌연변이에 의해 극복할 수 없어 내성균이 발생할 가능성이 매우 낮음.

연구팀은 항생 나노 로봇을 실리콘과 단백질로 코팅하면 피부미용에 사용되는 낮은 에너지의 전기자극으로 나노로봇을 구동할 수 있기 때문에 임상 적용 가능성이 높을 것으로 기대하고 있음. 다만 동물모

델에서의 이번 연구가 실용화되려면, 생체 적합 소재와 구동 방법을 최적화하는 등 안전성 입증 등이 필요한 상황임.

이번 연구 결과는 나노 의학 분야 국제학술지 스몰(Small)에 지난 10일 게재(온라인) 됐으며, 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오‧의료기술개발사업의 지원으로 수행됨.