경북대 조윤기 교수(융합학부 의생명융합공학전공)팀과 포스텍 차형준 교수팀은 공동연구를 통해 해양 부착성 생물인 홍합에서 유래한 접착단백질에 자기장 감응성을 부여, 자기장이 가해지는 방향으로 이동을 제어할 수 있는 새로운 약물전달용 단백질 마이크로입자를 개발하는 데 성공했다. 

 국내 특허 등록을 통해 원천 지식재산권을 확보한 이번 연구결과는 재료과학 분야 세계적인 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, Impact Factor: 18.808)’의 표지논문으로 9월 30일에 게재된다.

 식도는 연동운동으로 섭취한 물과 음식을 위로 빠르게 흘려보내는 매우 유동적인 환경의 통로기관이다. 식도에 질병이 발생할 경우, 유체 역학적 전단력(서로 반대 방향의 힘들이 동시에 서로 작용할 때 대상 물체 내에서 면을 따라 평행하게 작용하는 힘)과 항력(흐르는 유체 안에서 물체가 운동하거나 정지해 있을 때 유체에 의해 받는 저항력)으로 인해 약물이 조직에서 머물지 못해 병변부위의 약물치료가 어려운 상황이다.

 기존 자기장 감응성 약물전달 시스템은 목표 부위로 약물 전달 이후 자기장을 제거하면 유동적인 체내 유체환경으로 인해 쉽게 탈착해 유실될 수 있어 병변 부위에 장기간 약물을 유지하기 어려웠다. 

 연구팀이 개발한 접착성 마이크로입자는 ‘자기장 감응성’과 ‘홍합접착단백질’을 결합해 식도와 같은 매우 빠른 유속을 가지는 환경의 통로 기관에서도 국소적·장기적으로 약물을 병변 부위에 전달할 수 있는 혁신적인 약물전달 시스템이다.
마이크로입자에 산화철을 탑재해 자기장에 의해 병변 부위에 국소적으로 전달하고, 이후 홍합접착단백질의 강한 수중 접착력으로 자기장을 제거한 뒤에도 병변 부위에 마이크로입자가 장기적으로 유지되도록 했다.
연구 결과, 자기장을 가해줄 경우 없는 경우보다 5배 이상 높은 국소전달 효율을 보였으며, 이후 자기장을 제거하더라도 전달 부위에서 약물이 일주일 동안 유지되는 것을 확인했다.

 연구팀에서 개발한 마이크로입자는 산화철 특성상 자기공명영상법(MRI)으로도 관찰이 가능해 마이크로입자의 위치를 실시간으로 확인할 수 있어 표적 병변 부위로의 국소 전달을 보다 용이하게 관찰할 수 있다. 이와 함께 연구팀은 마이크로입자 내부에 암 치료에 널리 사용되는 화학요법 약물인 독소루비신을 탑재해 암세포의 생존율을 16.6%까지 줄이는 등 높은 항암 치료 효능을 실험적으로 검증했다.

 조윤기 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 마이크로입자는 빠른 유체가 흐르는 체내의 동적환경에서도 적절한 자기장만 부여하면 원하는 목표 부위에 손쉽게 약물을 전달하고, 이후 약물 치료 효과를 오래 유지할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 식도 뿐만 아니라, 소장, 대장과 같이 소화액이나 체액이 흐르는 다양한 체내 장기에 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 우수신진연구사업과 중견연구사업 그리고 보건복지부가 지원하는 보건의료기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

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