나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 선전(深圳) 선진기술 연구원 산하 "바이오의약 및 기술 연구소" 소속 "나노 의료기술 연구센터"의 차린타오(蔡林濤) 연구원 연구팀은 홍콩 과학기술 대학교 교수이며 중국과학원 원사(院士)인 탕번중(唐本忠) 박사 연구팀, 샹탄(湘潭) 대학교 천화졔(陳華杰) 교수 연구팀과 공동연구를 수행하여 일종의 응집 유도 발광(AIE, Aggregation-Induced Emission) 나노 바이오닉 로봇(nano bionic robot) 시스템을 개발하여 혈액-뇌 장벽 관통 및 뇌-교질 종양 표적 치료에 사용하였음.

일반적으로 로봇은 주로 2개 혹은 2개 이상의 부품으로 구성되며, 적절한 에너지를 얻은 후 구성 요소 사이에 상대적인 운동이 발생됨. 나노로봇(nano robot)은 로봇공학 분야에서의 이머징 과학기술로서 첨단 과학기술 선행 이슈 분야 중의 하나에 속하며, 분자 수준에서 생물학 원리를 디자인 프로토타입으로 사용하여 나노공간에서 작동이 가능한 '기능 분자 장치'를 설계하고 제조하였음.

나노로봇의 소재 설계 및 개발은 분자 차원 이상의 메조스코픽(mesoscopic) 수준 혹은 더욱 큰 응집 상태 수준에서 분자 응집체에 대한 체계적인 연구가 필요함. 응집 유도 발광(aggregation-induced emission, AIE)은 응집 상태 과학연구를 위해 연구 플랫폼을 제공하고 있음.

자연 살상 세포(natural killer cell, NK 세포)는 인체의 중요한 면역 세포로서 항암, 항바이러스 감염, 면역 조절과 관련된 신체의 중요한 면역 세포임. 경우에 따라 과민반응과 자체 면역 질환의 발생에 관여하며, 항체와 보체(complement)에 의존하지 않고 목표 세포를 직접적으로 살상 할 수 있는데 예를 들면 종양 세포나 바이러스에 감염된 세포 등을 직접 살상할 수 있음.

연구팀은 전(前) 단계 NK 세포막 바이오닉 나노 담체 시스템 연구에서 취득한 연구개발 성과를 기반으로, 광둥(廣東), 홍콩의 관련 연구개발 팀과 공동으로 AIE 폴리머 소재를 내부 골격으로 개발하여, 자연 살상 세포막을 외부 피부로 사용한 "터미네이터" 나노로봇 시스템을 개발하였음.

동 시스템은 AIE 소재의 응집 상태의 근적외선 영역II에서 발광하는 성능을 유지하면서 AIE 소재에 자연 살상 세포 면역 조절과 식별 기능을 부여한 것임.

연구팀이 개발한 나노로봇은 혈액-뇌 장벽 표피(表皮) 세포 간의 긴밀한 연결(TJs)을 조절하여 혈-뇌 장벽 세포 프레임워크의 재배열을 유발하여, 세포 간의 갭을 확대시켜 세포 간의 "그린 루트"를 형성시킴으로써 혈액-뇌 장벽을 자체적으로 통과할 수 있도록 하는 것으로 나타났음.

혈액-뇌 장벽을 넘어 뇌 부위로 들어간 후 나노로봇은 NK 세포막 표면 단백질과 종양 세포막 표면 수용체의 특정 식별을 이용하여 뇌-교질 종양 세포에 대량 집중되는 것으로 나타났음.

연구팀은 중국과학원 선전(深圳) 선진기술 연구원이 독자적으로 구축한 "근적외선 영역II 공초점 세포 이미징 플랫폼", "근적외선 영역II 흐름 방식의 세포 분석 플랫폼", "근적외선 영역II 작은 동물 생체 이미징 플랫폼"을 통해 세포 수준에서 살아있는 상태로 나노로봇의 표적 능력을 검증하고, 실시간 이식 뇌-교질 종양 관련 실험용 작은 마우스 모델에서 높은 신호 대비 잡음 비율의 뇌종양 이미징에 의해 유도된 광열 치료를 실현함으로써 뇌종양 및 기타 뇌 질환 치료를 위해 새로운 도구(tool)를 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘ACS NANO’ ("Natural-Killer-Cell-Inspired Nanorobots with Aggregation-Induced Emission Characteristics for Near-Infrared-II Fluorescence-Guided Glioma Theranostics") 지에 게재됨.