세포 내 약물 전달 매개체 연구

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-08

나노입자는 그 사이즈가 작아 세포 내의 직접 진입이 가능하다. 때문에 약물을 전달할 수 있는 적합한 매개체로 꼽히고 있다. 이와 함께 국제적으로 나노입자의 세포 독성에 대한 연구도 지속되고 있다. 그 동안 나노입자 표면의 물리와 화학 성질 개선을 통해 바이오에 대한 나노입자의 수용성을 향상시키는데 주력해 왔다면 지금에 와서는 나노입자와 세포의 상호 작용에서 역학 요인을 체계적으로 연구하는 것도 시급한 상황이다. 지난 2011년부터 중국 과학원 역한연구소의 비선형역학국가중점실험실 연구팀은 세포와 1차원 나노소재(Nature Nanotechnology，2011，6：714；Nano Letters，2014，14：1049), 2차원 나노소재(RSC Advance，2013，3：15776) 및 멀티 나노입자 협동의 상호 작용(Journal of the Mechanics and Physics of Solids，2014，73：151) 등에 관한 시리즈 연구를 통해 역학 요인이 세포 중에서 현저한 작용을 일으킨다는 것을 발견했다. 전달 효과가 좋고 낮은 부작용 때문에 인지질 분자(phospholipid molecules) 피각(peridium)의 중합체(polymer) 나노입자는 세포 내에 약물을 전달하는 이상적인 매개체로 항암 약물 제조에 사용된다. 뿐만 아니라 모형 시스템에 적합하기 때문에 나노소재의 바이오 반응 연구에도 활용된다. 지금까지 연구는 나노입자 화학성분, 사이즈, 표면의 물리적 성질과 바이오 수용성이 세포 내에서 중합체 입자 및 항암 효과에 미치는 영향에 많이 집중되어 왔고 나노입자 탄력이 세포 진입에 미치는 영향에 대한 실험을 간과해 왔다. 이를 감안해 연구팀은 중국 국가나노과학센터와 손잡고 미세유동 칩(microfluidic chip)을 이용하여 사이즈, 모양, 표면 물리 확학 성질이 일치한 나노입자를 제조하는데 성공했다. 이 나노입자는 인지질을 외벽으로 하고, 중합체를 핵으로 하며 중간 층을 물 분자로 하는 구조로 구성되었다. 연구팀은 시제의 주입 순서와 제어 시제 유속을 바꾸는 방법을 통해 물 함량이 다른 나노입자를 제조하는데 성공했다. 연구팀의 실험에 따르면, 물 함유량이 다름에 따라 입자의 강도가 달라진다. 즉 물 함유량이 많을수록 입자의 강도가 낮아진다. 또한 강도가 높은 나노입자가 강도가 낮은 나노입자보다 세포 내 진입 효가가 높으며 강도가 높은 나노입자가 약물을 휴대하고 세포 내에 진입했을 경우 암세포의 활성을 제어하는 효과도 높다. 연구팀은 이론적인 분석 및 분자 시뮬레이션(simulation)을 통해 강도 조절에 의한 나노입자의 세포 내 진입 역학 메커니즘을 밝혔냈다. 이 연구성과는 나노입자의 탄력 성능이 세포의 섭취에 큰 영향을 미친다는 것을 입증했기 때문에 세포 내 약물 전달 매개체 디자인에 활용될 것으로 전망된다. 　　 한편 연구팀의 연구성과는 중국 과학원, 중국 과학기술부 및 국가자연과학기금위원회의 자금 지원을 받아 수행되었으며 지난 2014년 12월 22일 국제 학술지 Advanced Materials (Sun et al. Tunable Rigidity of (Polymeric Core)- (Lipid Shell) Nanoparticles for Regulated Cellular Uptake)에 온라인으로 게재되었다. 그림1: 미세유동 제어를 이용해 제조한 핵-외벽 구조의 나노입자의 같은 화학 성분, 사이즈와 표면 물리적 성질. 다른 강도의 나노입자가 세포 섭취에 미치는 영향. 그림2: 미세유동 칩을 이용해 제조한 나노입자. KISTI-15-0106-1-1.jpg KISTI-15-0106-1-2.jpg http://www.cas.cn/syky/201501/t20150105_4294001.shtml