광열 암치료제로서 금-황화 금 나노입자

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-04-16

광열 암 치료제로서 사용될 수 있는 근적외선 흡수 입자의 연구 개발이 꾸준히 진행되고 있다. 미국의 연구팀은 금/황화 금 근적외선 흡수 나노 입자 (35~55 nm)의 특성을 발표하였다 [그림 1]. 본 입자들은 암세포에 잘 침투할 뿐 아니라 매우 높은 흡수 (약 98%의 흡수와 2% 산란, 반면 금/실리카 입자는 70%의 흡수와 30%의 산란을 보인다.)를 나타낸다. 체외에서 암세포를 제거하는 능력과 광열 암 치료 효율이 보고되었다. 그리고 체내 실험 모델은 장기간, 암세포 없이 생존하는 기간이 증가함을 보여주었다. 이러한 종류의 나노 입자들은 암 치료를 위해 광열 암 제거 방법을 개선할 가능성을 가지고 있다. 광역학적인 치료는 특정 파장의 레이저 빛이 치료 효과를 달성할 수 있는 외인성 색소와 결합되는 치료 방법이다. 이러한 외인성 색소들은 종종 프로토포르피린과 인도시아닌 그린과 같은 유도 증감제를 가지고 레이저 에너지를 흡수하여 열로 변환시킨다. 근적외선을 흡수하는 나노 입자를 이용한 광열치료는 이러한 방법들이 개선되면서 관심을 받고 있다. 금 나노 입자들의 크기, 모양, 화학 조성은 금 표면의 자유 전자들과 빛의 상호작용으로 인해 독특한 광학 특성을 나타낸다. 이것은 국지화된 표면 플라즈몬 공명 현상으로 알려져 있다. 금/실리카 나노 쉘, 나노 막대, 나노 케이지 등을 포함하는 다양한 종류의 금 나노 입자들이 근적외선 영역에서 높은 흡수 특성을 가지도록 조절되었다. 근적외선에 반응하는 나노 입자들을 사용하는 목적은 대부분의 조직 구성 원소에 대하여 이 영역의 파장대에서 빛의 흡수가 작고 투과가 높기 때문이다. 그러므로 바이오 메디컬 응용에 매우 장점이 된다. 더욱이, 금의 생체 적합성과 생물학적으로 관련 있는 분자들을 황-금 상호 작용을 통하여 표면에 연결할 수 있고 스텔스 기능을 위한 폴리에텔렌 글리콜(PEG) 혹은 타겟팅을 위한 항체를 표면에 형성시킬 수 있다. 이러한 기능들로 인해 나노 입자들이 치료나 진단 목적으로 사용이 가능하다. 산란 이론 혹은 마이 이론은 구 안으로 들어오는 전자기파에 대한 맥스웰 방정식에 대한 분석적인 해법이다. 이 이론을 이용해 작은 입자들의 흡수와 산란 단면 개요를 계산할 수 있다. 산란 이론에 기반을 둔 시뮬레이션을 사용하여 금 나노 입자들의 광학 특성들이 형태나 입자 모양에 대해 예측될 수 있고, 특정한 파장에서 강하게 빛을 흡수하거나 산란할 수 있도록 디자인 될 수 있다. 금 황화물로 내부가 구성된 금 나노 입자들 혹은 금/금황화물 복합구조를 가지는 금 나노 입자들은 Zhou 등에 의하여 처음으로 자기 조립을 통해 제조되었다. 그리고 근적외선 영역에서 강한 흡수 특성을 나타내는 것으로 보고되었다. 이러한 재료들의 광학 특성들은 그 후에 유전체 코어/금속 쉘 구조 때문인 것으로 설명되었다. 이들 입자들의 정확한 구조에 대한 몇몇 논쟁이 있었으나 코어/쉘 모델은 데이터들을 잘 설명하는 것처럼 보이고, x-선 회절은 금 표면과 금 황화물 복합 구조를 뒷받침해 준다. 더욱이 생체 의학 응용에서의 연구를 위해, 입자들은 연속적인 금 코팅을 가지는 것처럼 보이며 이것은 위에서 논의된 것처럼 표면 처리를 가능하게 해준다. 근적외선에서 공명하는 금/실리카 나노 쉘은 치료나 이미징 쪽으로 응용되며 보통 120 140 nm의 직경을 가진다. 반면, 근적외선을 흡수하는 금/금황화물 나노 입자는 보통 직경이 35 55 nm 사이이다. 마이 산란 이론 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 본 연구자들은 금/금황화물 나노 입자들의 흡수 효율이 투과 전자 현미경 결과를 기반으로 한 크기로부터 약 96-99%에 가까운 것으로 계산하였다. 그 특성들이 본 연구에 요약되었다. 143 nm의 크기를 가지는 금/실리카 나노 쉘은 빛 에너지의 33%를 산란시키고 광열 치료를 위해 약 67%를 흡수하는 것으로 계산되었다. 이전의 이미징 결과들은 산란 모드로 검출을 하는 광학 간섭 단층촬영에 기반을 두어 얻어졌다. 그러나 흡수 모드에 기반을 둔 단층 촬영 검출은 금/금황화물 나노 입자의 이미징에 더 적합할 것으로 보인다. 이상적으로 작은 입자들은 작은 크기와 높은 흡수 효율 그리고 조립 용이성으로 인해 암치료제로 더 적합하다. 암세포의 새기 쉬운 맥관 구조는 거대 분자와 나노 입자들을 분출을 허용함이 잘 알려져 있고 이것이 나노 기술에 기반을 둔 치료를 가능하게 한다. 여기서 금/금황화물 나노 입자들은 크기에 기반을 둔 암세포 치료에 대한 추가적인 장점이 있을 것으로 보이고, 빠르게 성장하는 암세포들의 처리를 위해 효과적인 치료를 가능하게 할 것으로 보인다. hyun-32210small.jpg 출처 : http://www.small-journal.com