나노기술, 암 세포 킬러로 등장

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작성자 영재원 댓글 0건 조회 9,099회 작성일 12-07-17 10:15

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최근 급부상하는 나노기술이 초기에 기여한 분야는 재료과학이었다. 하지만 수십 년간 발전을 거듭하면서 나노는 의학 연구, 특히 암을 비롯한 종양학에 엄청난 영향을 미치기 시작했다.

미래연구 전문지 트렌드(Trend Magazine)는 조만간 나노기술을 이용한 치료법이 임상실험을 거쳐 상당한 성공을 거둘 것으로 전망했다. 또한 이러한 나노기술은 앞으로 모든 치료의 주류가 될 것으로 예측했다.

암을 연구하는 과학자들은 오랫동안 선택의 문제로 고심해왔다. 암세포를 파괴할 가능성이 많은 강력한 치료제를 만들어도, 그 치료제가 주변 조직도 함께 괴사시킬 가능성이 높다는 문제다. 또 다른 문제는 치료제가 독하지 않다면 암세포는 죽지 않고 생존해서 퍼져나갈 것이라는 고민이다.

▲ 최근 나노기술이 암을 치료하는 획기적인 기술로 떠오르고 있다. 나노입자를 장기에 주입해 주위에 건강한 세포에는 해를 가하지 않고 암세포만 죽이는 방법들이다. ⓒ미국국립암센터

그러나 이제 나노기술이 이러한 고민과 딜레마를 한방에 날릴 수 있는 새로운 치료법으로 희망을 안겨주고 있다는 소식이다. 나노기술은 믿을 수 없을 정도로 아주 작은 규모에서 이뤄지는 과학이다. 1나노미터는 1천만 분의 1인치보다도 가늘다. 그렇다면 이렇게 작은 나노를 이용해 어떻게 암을 치료한다는 것인가?

암세포만 공략하는 기술들이 쏟아져 나와

나노입자를 바탕으로 한 암 치료란 정확하게 암 세포만을 타깃으로 공격할 수 있다는 데 그 의미가 있다. 그리고 실제로 가능성을 입증할 만한 증거들이 계속 확인되고 있다. 최근에 개발된 가장 유망한 신기술 몇 가지를 살펴보자.

예일대학의 생화학자 마크 잘츠만(W. Mark Saltzman) 교수가 이끄는 연구팀은 치료용 나노입자를 카테터(catheter, 장기 내로 삽입하기 위한 튜브형의 기구)를 통해 뇌에 주입한 다음, 압력을 이용해 종양이 있는 곳까지 유도했다. 그리고는 뇌종양에 항암제를 투여하는 혁신적인 방법을 개발했다.

'네이처 머티리얼즈(Nature Materials)'지는 잘츠만 교수가 개발한 비바이러스성 나노입자가 바이러스처럼 활동하면서 특정 유전자를 암세포에 주입해 세포를 죽이거나 치료한다고 보도했다. 이는 때로 건강한 세포를 파괴할 수도 있는 양전하를 가진 기존의 비바이러스성 유전자 치료 물질을 한층 향상시킨 방법이다. 또한 심각한 면역반응을 야기할 수 있는 바이러스성 유전자 치료법보다 훨씬 안전하다.

암 세포로 가는 혈액을 차단하는 방법

또 다른 방법도 있다. 사우스햄튼 대학(University of Southampton) 연구진은 암 종양에 공급되는 혈액을 차단할 수 있는 스마트 나노 물질을 개발하는 데 성공했다. 그들은 레이저 요법이라는 기술을 사용한다. 레이저빔으로 나노입자에 빛을 비춘다. 이렇게 하면 내피세포를 파괴해 종양으로 공급되는 혈액을 차단할 수 있다.

코넬 대학 연구진도 이와 비슷한 방식을 활용하고 있다. 칼 배트(Carl Batt) 교수가 주도하는 연구진은 2장의 산화철(iron oxide) 사이에 금을 넣어 나노입자를 합성했다. 그런 다음 대장암 세포에서만 발견되는 분자를 표적으로 삼는 항체를 입자에 붙였다. 그렇게 결합된 나노입자는 암세포를 에워쌌다.

암 세포를 뜨겁게 달구어 죽이는 방법

암 세포를 죽이기 위해 연구진은 나노입자에 레이저를 쐈다. 나노입자에 있던 금은 레이저에서 나온 방사선을 흡수하고는 암 세포를 뜨겁게 만들어 죽였다. 주변의 건강한 세포는 아무런 피해를 입지 않았다. 현재 연구진은 전립선 암 세포를 대상으로 이와 유사한 실험을 진행하고 있다.

레이저를 활용하는 기술에 단점이 없는 것은 아니다. 레이저가 도달할 수 없는 곳에 암이 발생하면 손을 쓸 수 없다. 그 문제를 해결하기 위해 조지아공과대학(Georgia Institute of Technology) 과학자들은 금 나노입자에 화학물질을 입혔다. 이 물질은 암세포핵으로 들어가 분열을 중단시킨다.

조지아 공대 레이저 동력실험실(Laser Dynamics Laboratory) 책임자 모스타파 엘 사예드(Mostafa El-Sayed) 교수는 일단 암 세포가 분열을 중단하면 세포사멸이 시작된다고 말하면서 “암의 경우 핵은 일반 세포의 핵보다 훨씬 빨리 분열하기 때문에 분열을 저지시키면 암의 진행을 막을 수 있다”고 설명했다.

금을 세포질에 전달하는 것만으로는 암 세포에 아무런 효과가 없다. 금을 세포핵에 이식하면 사실상 세포를 죽일 수 있다는 것이 새로운 연구다.

최근에 발표된 연구결과들은 아주 새로운 치료기술들이다. 자성 산화철 나노입자가 일으킨 발열요법을 활용하거나, 실험실 쥐의 경우 체온을 정상을 넘게 하면 치료된다는 내용들이다.

자기장을 이용해 죽이는 방법

▲ 자기장을 이용해 암세포만을 죽이는 새로운 방법을 고안한 췬 자오 교수 ⓒ조지아 대학

또 다른 기발한 방법이 있다. 금 나노입자를 레이저가 아닌 교번자기장(alternating magnetic field)으로 데우는 것이다. 조지아 대학(University of Georgia) 과학자들은 이러한 방식으로 건강한 세포를 손상시키지 않고 쥐에게 발병한 두경부암 종양세포를 1시간 반 만에 죽일 수 있다는 사실을 발견했다.

이 대학의 췬 자오(Qun Zhao) 물리학과 교수가 이끄는 연구진은 소량의 나노입자 치료제를 직접 암 세포 부위에 주사했다. 그 다음에는 와이어 코일로 감겨 매초 당 10만 번이나 방향이 바뀌면서 자기장을 발생시키는 플라스틱 관에 쥐를 넣었다. 와이어 코일이 발생시킨 자기장은 암 세포 안에서 농축된 나노입자에서만 열을 발생시켰으며 주변의 건강한 세포와 조직은 아무런 손상을 입지 않았다.

마찬가지로 버지니아테크(Virginia Tech) 연구진은 암 세포를 가열하고 파괴하기 위해 자성유체(magnetic fluid, 자석과 같은 성질을 띠면서도 액체의 모습을 유지하는 물질)를 이용한 발열요법의 활용을 연구하고 있다. 이 요법은 전립선, 간, 그리고 유방암에 성공적으로 사용되었다.

암 치료, 라식 눈 수술처럼

최근 미국 물리학회 유체역학부(American Physical Society Division of Fluid Dynamics)가 개최한 회의에서도 새로운 요법들이 쏟아져 나왔다. 한 연구진은 자성 나노입자를 정맥에 주입했다. 그러자 나노입자는 암 조직에 달라붙었다. 30분 동안 고주파 자기장을 더하자 입자가 뜨거워지면서 암 세포의 온도도 상승했다. 뜨거워진 암 세포는 사멸했으며 주변의 건강한 조직에 아무런 악영향을 미치지 않았다.

최근에 나온 이러한 연구결과를 토대로 전문가들은 나노기술이 화학요법에 비해 전례 없던 효능과 부작용이 거의 없는 암 치료법이 될 것으로 전망하고 있다. 유전자 치료법의 발전과 더불어 나노기술은 암 치료를 라식 눈 수술처럼 일상적이고 효과적인 방법으로 만들 수 있을 것으로 보인다.

최근 의학기술과 접목된 나노 진단(nano therapeutics), 나노 치료(nano therapeutics) 등의 나노의학(nano medicine) 기술은 지금 병원에서 시행되고 있는 혈액, 조직검사와 방사선, 화학, 약물 치료기술의 개념을 바꿀 수 있는 신기술로 인식되고 있다.