생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 기존 PDT (Photodynamic Therapy) 조영제*의 단점을 극복한 근적외선 형광물질 기반의 PDT 조영제를 개발했다. 연구팀이 개발한 조영제는 기존 여러 물질의 장점을 모두 가지고 있는 새로운 합성물이라는 점에서 중요한 의의가 있다. 이번 연구는 지난 3월 25일 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)>의 표지논문으로 게재됐다.

효율 낮은 기존 조영제, 부작용 많아
  PDT는 특정 부위에 레이저를 쬐어 산소를 활성산소**로 변화시켜 세포사멸을 유도하는 치료 기술로, 암세포 등에 조영제를 투여한 후 빛을 쬐어주는 방식으로 진행된다. PDT에 사용하는 조영제는 외부 자극이 없으면 작용하지 않으며, 빛을 쬐어준 부위에서만 작동하기 때문에 암세포만을 효율적으로 제거할 수 있다. 하지만 기존 조영제는 가시광선 영역의 빛을 사용하기 때문에, 피부를 투과할 때 빛의 세기가 감소하여 조영제의 효율이 낮다는 한계가 있다. 조영제의 효율이 낮으면 생성되는 활성산소의 양이 충분하지 않아 세포가 오히려 활성산소에 내성을 가지게 될 수 있으며, 암세포의 성장을 촉진하는 등 여러 문제가 함께 발생할 수 있다. 따라서 치료 효과를 극대화하기 위해 기존보다 효율을 높인 조영제의 개발이 필요했다.

미토콘드리아 내에 축척되는 조영제
  연구팀은 양전하, 소수성을 띠는 트리페닐포스포늄(Triphenylphosp-honium) 계열의 물질을 사용해 세포 소기관 중 하나인 미토콘드리아를 표적으로 작용하는 조영제를 개발하였다. 미토콘드리아는 활성산소를 생성하고 그 양을 조절할 수 있기 때문에, 빛을 쬠으로써 생성되는 활성산소의 양을 증폭시킬 수 있으며 mtDNA (Mitochondrial DNA, 미토콘드리아 DNA)에 직접 타격을 줄 수 있다는 장점이 있다. 또한, 암세포는 일반 세포보다 세포 내의 미토콘드리아 막 내외의 전위차가 커 양전하의 소수성 물질이 미토콘드리아 내부에 더 잘 축적되며, 따라서 미토콘드리아를 표적으로 하는 조영제는 암 치료에도 더 효과적이다.
  하지만 트리페닐포스포늄은 소수성이 매우 커 물에서 사용하기 어렵다는 단점을 가지고 있었다. 연구팀은 트리페닐포스포늄과 브롬화물, 아민 계열로 구성된 물질을 개발해 양전하, 소수성을 유지하면서 수용성을 증가시킨 조영제를 개발했다. 또한, 종양이 이식된 실험용 쥐를 사용해 PDT 조영제가 효과적으로 암 표적 치료를 수행할 수 있다는 사실을 확인했다.

근적외선 빛 사용으로 투과성 증가해
  연구팀이 개발한 조영제는 기존의 조영제와 사용하는 빛의 파장대가 달라 효율이 더욱 높아졌다. 기존의 조영제와 연구팀이 새로 개발한 조영제는 각각 고유한 흡광 파장대와 발광 파장대를 가진다. 포피린(Porphyrin) 계열의 기존 조영제는 500nm 근방의 가시광선 영역에서 작용해 가시광선이나 자외선과 같은 강한 빛을 쬐어줘야 했다. 하지만 이번 연구에서 개발한 물질은 662nm인 근적외선 영역대에서 최대 흡광도를 가져 기존 조영제보다 감도가 100배 이상 뛰어나다.
이번 연구에 제1 저자로 참여한 노일구 박사과정은 “추후 단순한 PDT 치료뿐만 아니라 약물이나 면역치료 등에도 적용할 수 있는 물질을 개발하겠다”며, “나노입자의 개념을 도입해 다양한 방면으로 사용 가능한 플랫폼을 만들고 싶다”고 밝혔다.

조영제*
빛에 의한 자극을 받아들이고 그에 반응하는 물질.

활성산소**
산소 이온과 과산화수소를 포함하고 짝지어지지 않은 전자가 있어 반응성이 매우 높은 분자.