IBS 김원종 그룹리더 "손상된 각막 치유 확인…질병 치료에 활용"
체내에서 혈관 확장, 세포 신호 전달, 면역 등에 관여하는 일산화질소(NO)의 저장과 방출을 빛으로 조절할 수 있는 '스마트 NO 전달 시스템'이 개발됐다.
기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립연구단 김원종 그룹리더(포항공대 화학과교수) 연구팀은 23일 빛에 대한 감응반응을 이용해 NO의 저장과 방출을 제어하는 스마트 NO 전달 시스템을 개발하고 이를 이용해 손상된 동물 안구의 각막을 치료하는데 성공했다고 밝혔다.
NO는 체내에서 혈관 확장, 세포 신호 전달, 면역반응 등 중요한 생리작용에 관여하는 기체로 심장·혈관계통 질환 치료제로 연구되고 있다. 발기부전 치료제 '비아그라'는 NO의 혈관 확장 기능을 활용한 것이다.
많은 연구자가 인체 내에서 NO의 저장과 방출을 제어할 수 있는 전달 시스템 개발을 시도해왔으나 반응성이 매우 커 쉽게 변질되는 NO의 특성 때문에 어려움을 겪어 왔다.
연구진은 이 연구에서 다량의 NO를 저장했다가 선택적으로 방출할 수 있는 나노입자 구조를 개발, 빛과 산도(pH) 변화의 순차적인 자극을 통해 NO의 저장과 방출을조절할 수 있는 스마트 NO 전달 시스템을 개발했다.
스마트 NO 전달 시스템은 다량의 NO를 안정적으로 저장할 수 있고, 빛에 대한감응반응을 활용해 필요한 부위에 NO를 선택적으로 전달할 수 있는 강점이 있다고연구진은 설명했다.
연구진이 개발한 나노입자는 NO를 다량 함유한 '디아제늄디올레이트(Diazeniumdiolates)와 빛에 노출되면 산(acid)을 생성해 pH를 낮추는 'o-나이트로벤즈알데하이드(o-NBA)'를 포함하고 있으며 표면은 생체 적합성 인산칼슘(CaP)으로 코팅돼 있다.
이 나노입자는 빛이 차단된 환경에서는 인산칼슘 코팅막이 NO 방출을 억제해 NO를 안정적으로 저장하다가 빛에 노출되면 표면의 o-NBA가 산을 생성, 산에 약한 인산칼슘 코팅막이 분해되면서 디아제늄디올레이트에 들어 있는 NO를 방출한다.
연구진은 실험 쥐의 각막 상처 부위에 NO 전달 나노입자를 바른 결과 각막 상피세포가 재생되면서 상처가 치유됐다며 이는 스마트 NO 전달 시스템을 활용해 세포재생이 필요한 상처 부위를 치료할 수 있음을 보여준다고 밝혔다.
김원종 그룹리더는 “스마트 NO 전달 시스템은 시술 직전에 간편한 빛 처리로 NO 방출을 유도할 수 있다며 "향후 박테리아 관련 질환, 혈관질환, 암 등 다양한 질병 치료를 위한 NO 전달 시스템 개발에 중요한 기반을 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구 결과는 미국화학회(ACS)의 나노과학 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano, 3월8일) 온라인판에 게재됐다.
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