[논문]자성 나노입자의 생의학적 응용

정영근

doi:10.4150/kpmi.2002.9.3.141

자성 나노입자의 생의학적 응용
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정영근 (요업기술원 나노세라믹센터)

21세기를 선도할 기술로 전 세계적으로 각광을 받고 연구가 활발히 진행되고 있는 분야는 나노기술(W), 생명공학기술(BT), 정보통신기술(IT)이라고 할수 있다. 우리나라에서도 최근 이에 대한 연구 및 교육 지원 프로그램을 세워 법정부적으로 지원을 하고 있다. 특히 나노기술은 다른 분야와의 기술융합이 가장 활발하게 진행되고 있다. 이러한 분야들은 우리나라와 같이 부존자원이 매우 적은 나라로써는 세계열강과 경쟁하기 위한 새로운 돌파구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 고에서는 신기술 분야 중에서 나노기술과 생명공학기술의 접목분야로써 자성 나노입자의 생의학적 응용(biomedical applications)에 대하여 알아보고자 한다.

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문제 정의

상자성의 중금속 이온들의 문제는 그들의 독성에 있다. 따라서 조영제로의 응용을 위한 연구의 초점은 안정한 상자성 이온 복합체를 만드는 것이다. 금속 이온과 유기 리간드는 비결합 상태에서 독성을 나타낸다.
이러한 분야들은 우리나라와 같이 부존자원이 매우 적은 나라로써는 세계 열강과 경쟁하기 위한 새로운 돌파구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 본고에서는 신기술 분야 중에서 나노기술과 생명공학기술의 접목분야로써 자성 나노입자의 생의학적 응용(biomedical applications)에 대하여 알아보고자 한다.
자성제어 표적지향성 약물은 표적 지향성 약물의 여러 가능성 중의 하나이다. 이 기술 바탕은 자장에 의하여 원하는 부위에 약물을 집중시키기 위하여 자성유체와 항암제를 결합시키는 것이다. 이 약물은 자성유체로부터 배출되어, 활동기전을 감싼다.

제안 방법

Albumin-(Gd-DTPA)n의 높은 면역원성에 근거하여 덱스트란과 폴리리신과 같은 합성 골격(synthetic backbone)을 개발하게 되었다. Dextran-(Gd-DTPA) 15와 polylysine-(Gd-DTPA)40-60은 알부민과 같은 분자량과 생분해 특성을 갖고 있어서, 혈액 내에서 오랜 시간 머물러 있을 수 있으며, 인체로부터 적절히 제거될 수 있다.
혈관 내로의 더 효과적인 전달을 위해서는, 조직으로의 이동을 감소시키며, 간에 존재하는 Kupffer 세포와 같은 RES에 의하여 제거되지 않도록 blood pool agent는 거대분자이어야 한다. 이러한 개념에 의하여 110개의 Gd-DTPA 그룹을 함유하는 조영제를 개발하였다.

대상 데이터

자성 약물전달체를 이용한 최초의 임상실험은 Liibbe 등에 의하여 보고되었다. 이 보고에 의하면 epirubicin 약제가 화학적으로 결합된 자성유체(입자 크기 100nm)를 이용하였다. 이것은 특정 녹말을 음이온 기를 갖는 황산염과 함께 자성입자를 코팅하여 양이온으로 하전된 epirucixin의 아미노당에 결합될 수 있도록 하였다.

성능/효과

그 후, 형성된 자성복합체는 적절한 자성 분리기에 의하여 분리되고, 부유물은 버려지거나 다른 용도로 사용된다. (2) 자성 복합체는 원하지 않는 오염물을 제거하기 위하여 수 회 세척한다. 이와 같이 하여 얻어진 자성입자가 부착된 세포는 배양 실험 등에 직접 사용될 수 있다.
Phase Ⅰ/Ⅱ 단계의 임상실험에서 자성유체는 영구자석에 의하여 인체표면 부근에 위치한 종양에 모일 수 있도록 하였다. 9명의 실험 환자 중에서 절반 정도의 환자에서 자성유체를 종양 부위로 성공적으로 이동시킬 수 있었다. 처치에 따른 생체기관의 독성은 증가하지 않았고, 약물의 양이 많아짐에 따라 약물과 관련된 일부 독성이 나타났다.
9명의 실험 환자 중에서 절반 정도의 환자에서 자성유체를 종양 부위로 성공적으로 이동시킬 수 있었다. 처치에 따른 생체기관의 독성은 증가하지 않았고, 약물의 양이 많아짐에 따라 약물과 관련된 일부 독성이 나타났다. 자성유체를 이용한 약물 전달체는 짧은 반감기 또는 높은 독성을 갖는 고가의 약물에 대하여 효과적으로 이용할 수 있다.

후속연구

의료용 나노자성 입자를 개발하기 위해서는, 일정한 크기의 나노입자를 제조하기 위한 합성기술, 액상 속에서 나노입자 간의 응집이 발생하지 않도록 하는 분산기술, 용도에 적절한 폴리머를 나노입자에 코팅하는 기술 등의 핵심기술을 확보해야만 하겠다. 더불어, 이 재료는 인체에 투입되어 사용되므로, 의료 분야와 공동으로 연구가 진행되어야만 그 성과를 걷을 수 있을 것으로 생각된다.
자장에 반응하는 미세입자는 단백질과 세포 분리 등의 생의학적 응용에 이용되고 있다. 또한 단일 세포군의 항체, 렉틴, 펩티드, 호르몬 등으로 개질된 자성입자는 이러한 응용에서 더욱 효과적이며 특정화시킬 수 있다. 예를 들어, 암세포에 의해 오염된 골수 세포의, 소위 immunomagnetic bead를 사용한 정제는 임상치료법에서 잘 정립된 방법으로 받아들여지고 있다.
현재 Gd-DTPA가 가장 우수한 조영제는 아니지만, 의사들에게 잘 알려져 있고, 많은 MRI 시설에서 널리 사용되고 있고 있기 때문에 선택되어지고 있다. 또한 지금까지 사용되어 오면서 축적된 경험으로 Gd-DTPA 조영제의 단점을 극복하고 있어, 앞으로도 이 조영제의 역할은 지속될 것이다.

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