무독성 나노입자를 활용해 암세포 등 다양한 신체 조직세포를 더욱 선명하게 관찰할 수 있는 기술이 국내 연구진에 개발돼 향후 암 등 다양한 의료분야의 초정밀 진단치료가 가능할 전망이다.
19일 기초과학연구원(IBS, 원장 오세정)에 따르면 나노입자연구단(단장 현택환, 서울대 화학생물공학부 중견석좌교수)은 황화아연(ZnS) 나노입자로 기존 근적외선 광학현미경보다 해상도가 뛰어난 생체 영상을 얻는데 성공했다.
그간 크기 변화에 따라 다양한 색의 형광이 나타나는 반도체 나노입자를 인체에 적용해 생체 내에서 광학영상을 구현하고 이를 질병진단 기술로 응용하고자 하는 노력은 1990년대 후반부터 이어졌다. 하지만 반도체 나노입자를 구성하고 있는 카드뮴, 납, 비소 등의 유해원소들로 인해 인체 적용이 불가능하다고 인식돼 왔다.
나노입자 연구단은 기존 중금속 기반 나노입자 대신 독성이 적고 인체 구성 필수원소인 아연과 황으로 구성된 황화아연 나노입자를 합성한 뒤 여기에 소량의 망간 이온을 덧씌우는 방식으로 매우 밝은 오렌지색 인광을 구현했다.
또한 이번에 합성한 오렌지색이 발광하는 황화아연 나노입자가 '삼광자(三光子) 현상'이라는 특이한 양자역학적 성질을 갖고 있다는 사실도 발견했다. 삼광자 현상은 양자역학의 '하이젠베르크 시간'에서 세 개의 광자가 물질과 상호작용하는 현상으로 이를 이용해 연구진은 기존 근적외선 광학 현미경의 해상도 한계를 뛰어넘는 고해상도 생체광학영상을 얻었다.
연구단은 유방암만 선택적으로 인식하는 펩타이드 항체와 나노입자 표면을 결합시킨 후 암이 이식된 쥐에 주사 투여해 암조직 주변의 혈관 및 암세포를 2마이크로미터(㎛) 이하 크기까지 구별할 수 있는 고해상도 광학영상을 얻어냈다.
연구책임자인 현택환 단장은 "나노입자의 삼광자 현상을 이용하면 MRI, CT 등 기존 영상의학기술보다 높은 해상도의 영상을 얻을 수 있다"며, "조직을 세포수준으로 관찰해 질병 악성과 전이 정도 등을 정밀 진단하고 정상조직과 질병조직의 명확한 경계를 제시할 수 있는 등 기존 영상 진단기술과 상호보완적으로 더 많은 병리학적 정보를 제공해 더욱 정확한 질병진단 및 치료를 가능케 할 것으로 기대된다"고 덧붙였다.
한편 이번 연구는 나노입자연구단의 유정호 박사와 한국기초과학지원연구원 권승해 박사 주도로 진행됐으며, 연구성과는 재료공학 분야의 세계적 권위지 '네이처 머터리얼즈(Nature Materials)' 온라인판에 최근 소개됐다.
