초록 ▼

1차년도에는 다양한 양이온성 고분자 그리고, 양이온성을 띠는 저분자리간드를 이용한 다양한 양자점의 수 식법을 모색하였다. 저분자 리간드로 코팅된 양자점의 경우 세포내 안정성이 문제가 되었으나, 사용된 고분자물질 가운데 amino-PEG2000 폴리머로 수식한 양자점의 경우 광학적 안정성 뿐 아니라, 우수한 세포내 안정성을 띄었다. 생물학적 응용에 적합한 양자점의 표면 수식화학을 최적화한 후, 다양한 세포내 전달방법을 공촛점 형광 현미경을 이용해 그 효과를 비교 분석하였다.
2차년도에는 1차년도에서 얻은 결과를 토대로 광학적 특

1차년도에는 다양한 양이온성 고분자 그리고, 양이온성을 띠는 저분자리간드를 이용한 다양한 양자점의 수 식법을 모색하였다. 저분자 리간드로 코팅된 양자점의 경우 세포내 안정성이 문제가 되었으나, 사용된 고분자물질 가운데 amino-PEG2000 폴리머로 수식한 양자점의 경우 광학적 안정성 뿐 아니라, 우수한 세포내 안정성을 띄었다. 생물학적 응용에 적합한 양자점의 표면 수식화학을 최적화한 후, 다양한 세포내 전달방법을 공촛점 형광 현미경을 이용해 그 효과를 비교 분석하였다.
2차년도에는 1차년도에서 얻은 결과를 토대로 광학적 특성 뿐만 아니라, 살아있는 세포내에서의 안정성과 세포내 타겟 선택성이 우수한 양자점 나노입자를 합성하고, 세포내 전달 및 거동 연구결과를 미국화학회에서 발간하는 Bioconjugate Chemistry에 발표하였다. 본 연구를 통해 나노입자의 생물학적 응용에 있어 그동안 논란이 되어온 나노입자와 세포와의 비특이적 상호작용이 양자점의 표면전하에 관련이 있음을 확인하였다. 얻어진 다중모식 양이온성 나노입자는 비특이적으로 일어나는 엔도사이토시스가 억제되고, 세포투과성 TAT펩타이드로 인해 세포내로 촉진 전달됨이 확인되었다. 또한, 세포내로 전달된 나노입자는 단순히 세포질에 고립되어 있거나 일반적인 포집경로인 엔도좀에 의한 응집 및 분해과정을 거치지 않고, 세포내 타깃 분자인 분자와 특이적으로 결함함을 확인하였다. 양자점과 결합단 타겟분자와의 움직임을 양자점의 우수한 광안정성으로 인해 실시간 추적하여 영상화할 수 있었고, 약물 타겟분자의 스크리닝에 필요한 세포기반 진단 프로브로서의 가능성을 확인하였다.
한편, 새로운 나노입자의 결합체를 제조하여 약물 스크리닝에 응용키 위한 시범적 연구도 수행하였다.
양자점나노입자와 금나노입자와의 자가결합체를 제조하고 이를 알츠하이머 질병의 타겟단백질인 beta-secretase를 살아있는 세포내에서 검출하고 이를 약물 스크리닝에 활용하는 연구결과를 도출하였다.
(Analytical Chemistry, 2012, 84, 8595-8601). 본 연구결과는 이제까지 나노입자의 생물학적 응용 연구가 단순한 세포수준에서의 기초연구로 그치는 것이 아니라, 기초 연구결과를 토대로 신약개발 플랫폼 기반기술로서 활용될 수 있음을 보여준 첫 번째 사례가 되었다. 또한, 항암항체을 추가로 수식할 경우, 정상세포와 암세포가 혼합된 co-culture모델에서도 암세포만을 특이적으로 검출할 수 있음을 확인하였고, 대용량 스크리닝 자동화 현미경을 이용한 항암제 스크리닝으로의 응용가능성을 입증하였다 (Kim et al., Analyst, 2012, 137, 1440).
3차년도에는 이상의 양자점 표면의 최적화 기술과 세포영상 기술의 확립을 토대로 살아있는 세포에서 약물작용점 (drug target) 시각화 연구의 가능성을 타진하였다. 모델 약물과 타겟으로, 항암제로 널리 쓰이고 있는 methotrexate (MTX) 와 타겟 단백질인 dihydrofolate reducatase (DHFR)을 선택하였고, 살아있는 세포내로의 전달 및 약물과 타겟간의 상호작용을 조사하였다. 약물분자를 양자점에 공액결합시킨 결합체가 CHO 세포주내에서 DHFR과 선택적으로 결합함을 확인하였다 (Nanotechnology, 2013, 24, 075101). 이러한 접근은 살아있는 세포에서 타겟 단백질의 시각화 및 약물작용점의 추적 및 약물 기전연구에 규명하는데 그리고, 세포의 신호전달체계 연구에도 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
결론적으로 본 모험 연구과제의 수행을 통해 나노테크놀로지를 바이오산업에 접목시키려는 융합연구에 있어서, 이제까지 많은 논란이 되어온 나노물질의 표면화학과 세포간의 상호작용에 대한 체계적인 이해가 가능하게 되었고, 살아있는 세포내로의 전달 메카니즘 및 거동 특성 등 나노물질의 의학적 응용에 필요한 기초적인 기술들을 확립할 수 있었다. 이러한 연구결과들은 복잡한 생명 현상들을 나노물질를 통해 살아있는 세포내에서 시각적으로 이해하려는 나노메디신 및 나노바이오테크놀로지의 기초 및 응용연구에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9