나노기술 및 정책 정보

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□ 주요 내용

○ DNA 나노 기술은 나노 약물 로드, 나노 로봇 연구를 위해 여러 가지 도구를 제공하기 때문에 이미 나노 의학 연구 분야 이슈로 되고 있다.

○ 중국과학원 상하이(上海) 응용물리 연구소 산하 물리생물학 연구실 연구팀은 '상하이 라이트 소스' 생물학 이미징 센터 판춘

하이(樊春海), 황칭(黃慶) 연구원 연구팀과 공동 연구를 실행하고 여러 가지 선진적인 세포 현미경 이미징 기술과 생물화학 수단을 결합하여 일종 자체조립 DNA 4면체 구조의 활성 세포 중 섭취 및 이전 운송 과정에 대한 정밀 해석을 실행하였으며 약물 로드와 치료 분야 응용을 위해 양호한 기반을 구축하였다.

○ 연구팀의 관련 연구 성과는 표지 논문 형식으로 '독일 응용 화학' 학술지에 발표되었다(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53，7745-7750).

○ DNA는 생명의 비밀 코드인 동시에 나노 레벨의 부품과 기기를 개발하는 공통 요소(Common elements)로 된다. DNA 분자의 자체 조립 특성을 이용하여 DNA 나노 기술 연구에 종사하는 과학자들은 간단한 '핵산 염기 쌍 법칙(Nucleic acid base pairing rules)'에 근거하여 시험관 속에서 정밀하고 복잡한 DNA 나노 구조를 디자인 하고 개발하고 있다.

○ 이런 분야에서 DNA는 일반적으로 일종 비(非) 생물 재료로 간주되며 활성 세포 속에서처럼 유전 정보의 캐리어로는 되지 않게끔 한다. 하지만 자체 조립 DNA 나노 구조는 우수한 생물 호환성을 보유하고 있다. 최근 년 간 과학자들은 생물 의학 응용에 대해 점점 더 깊은 관심을 나타내고 있다.

○ DNA 4면체 구조는 일종 중요한 자체 조립 DNA 나노 구조로 되고 있다. 지난 2011년 판춘하이(樊春海), 황칭(黃慶) 연구원 연구팀은 세계 최초로 DNA 4면체 구조는 일종 나노 사이즈의 약물 캐리어로 사용하여 면역 자극 효과를 보유한 CpG 올리고 뉴클레오티드 전송(Oligonucleotide transport)으로 하여금 세포에 진입하도록 하여 특정 세포 인자를 자극하고 생성시킬 수 있게끔 하기 때문에 일종 면역 치료 약물로 될 수 있다는 연구 결론을 도출하였다(ACS Nano 2011, 5, 8783-8789).

○ 국제적으로 여러 연구팀은 DNA 나노 구조를 약물 캐리어로 하는 연구를 실행하였다. 하지만 세포막은 음전성(Electronegative)을 보유하고 있으며 일반적으로 동일하게 음전하를 띠고 있는 핵산 분자를 막 외에 차단시킨다. 이런 DNA 나노 구조가 어떻게 세포막 장벽을 관통하여 세포 내에 진입하는가는 여전히 한 개 미스터리로 되고 있다.

○ 연구팀의 량러(梁樂) 박사 등 연구 인원들은 전체 내부 반사 현미경, 단일 입자 추적 등 세포 이미징 기술을 이용하여 실시간으로 DNA 4면체 구조가 세포막을 관통하고 세포 내에서 운송하는 과정을 관찰하고 최종 운명에 대해 해석하였다.

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 DNA 4면체 구조의 세포 섭취는 일종 에너지 의존 과정으로써 세포 막 상의 작은 둥지 단백질 유전체에서 엔도사이토시스(endocytosis)가 생성되는데 동 과정은 1분 내에 완성될 수 있다는 점을 입증하였다.

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 DNA 4면체 구조가 마이크로 튜브 단백질 구성의 세포 프레임 워크 시스템을 통해 전송되며 최종적으로 리소좀(Lysosomal)에 전달되어 분해된다는 점을 입증하였다.

○ 흥미로운 점은 DNA 4면체 구조가 신호 펩타이드 분자와 연결한 후 세포 운명을 개변시킬 수 있다는 점이다. 예를 들면 로드 핵 위치 확정 서열 NLS의 DNA 4면체 구조는 리소좀(Lysosomal) 속에서 탈출한 후 세포 핵 내부에 진입한다는 점이다.

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 DNA 분자가 나노 구조로 자체 조립된 후 바이러스와 같이 세포 자체의 전송 시스템을 통해 세포를 '감염' 시킬 수 있다는 점을 입증하였다. 이번 연구 성과는 나노 로봇으로 하여금 최종적으로 나노 진료를 실현할 수 있도록 하는 새로운 가능성을 제공해 주었다.