Science
나노입자와 단백질사이의 상호 작용을 정량화!
장종엽엔에스
2010. 1. 20. 12:03
| KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-14 | ||||||
나노입자는 약물 운반체, 의료 진단 도구, 그리고 자체적인 암 치료제로서 기대 받고 있다. 신체 내에서 다른 역할을 수행할 수 있는 분자들을 금 나노 입자에 붙임으로써 “기능화된” 금속 표면을 여러 가지 방법으로 만들 수 있기 때문에 금 나노 입자는 특별히 여러 용도로 유용하다. 금 나노 입자는 구형의 형태를 띠며, 5 나노미터에서 100나노미터 크기의 다양한 직경을 가질 수 있다. 그러나, 치료 에 있어 혈류 내에 많은 양의 나노 입자를 주입해야 하는데, 이 경우 만약 나노입자가 신체와 예측하지 못한 반응을 일으키면 위험할 수도 있다. “혈류 내에서 자유롭게 유영하는 나노입자에 달라 붙으려는 단백질의 성향이 나노 약물 연구에 있어서 당면하고 있는 가장 근본적인 문제 중 하나이다.” 라고 NIST 재료 과학자 잭 더글라스(Jack Douglas)가 설명했다. “단백질로 코팅된 나노입자는 일반적으로 신체와의 상호작용을 변화시키고, 또한 나노입자는 단백질의 화학적 활동에 상호보완적 변화를 유발할 것으로 예상된다. 코팅 효과는 또한 나노입자가 서로 뭉쳐 큰 덩어리가 되어 면역 반응을 방해하는 큰 집합체가 되게 만든다. 물론 이런 것들을 당연히 피하길 바라고 있다.”라고 더글라스(Douglas)는 말했다. 과학자들은 이러한 상호작용에 대해 아직도 이해가 부족하다. 그래서 서로 다른 크기의 나노입자가 다섯 개의 일반적인 혈액 단백질을 만났을 때 어떤 일이 벌어지는지에 대해 실험하기로 NIST 연구팀은 정하였다. 현미경(microscope)과 분광기(spectroscopy)를 이용하여, 연구팀은 나노 입자와 단백질 사이의 상호작용에 관한 몇 가지 일반적인 행동 패턴을 발견하였다. “단백질이 나노입자에 붙으면, 입자와 단백질의 광학 특성이 바뀐다.”라고 더글라스(Douglas)는 언급했다. “이러한 변화를 측정하는 것은 단백질에 대한 나노입자의 두께, 흡착된 단백질 층의 두께, 그리고 입자가 뭉쳐져서 단백질 층에 존재하는 성향을 정량화하는데 도움이 된다.”라고 그는 전했다. “조금 더 구체적으로 말하면, NPs 가 뭉치는 현상과 두께가 증가한 나노입자의 직경이 증가하는 현상 때문에 다섯 개 단백질 전부가 금에 붙었다 것을 연구팀은 알게 되었다.”라고 더글라스(Douglas)는 설명했다. 입자가 뭉치는 현상은 항상 독성 반응을 일으키는 것은 아니지만, 이러한 입자는 약물이 원하는 목표 지점까지 도달하는 것에 영향을 미칠 수 있다고 더글라스(Douglas)는 말한다. “중요한 점은 나노 입자에 입혀진 단백질 층에서 이러한 상호작용이 주로 일어난다는 것이다.”라고 그는 설명한다. “만약 나노입자가 인체 내에서 어떤 작용을 하는지를 알고 싶으면, 이러한 단백질 층에 대해 알아야 할 것이다.”라고 그는 말했다. 나노입자가 생물학적 매체와 상호작용 하는 것에 대한 정량적인 실험과 이에 대한 더 많은 연구가 필요하다고 지난 해(2009년)에 미국 국가 연구회 (NRC, National Research Council)에서 확인된 계측학적 필요성에 대해, 이번 NIST 연구도 같은 맥락을 하고 있다라고 더글라스(Douglas)는 전한다. “예를 들면, 많은 종류의 약물이 상호 작용하는 장소인 세포 막(membrane) 표면에 얼마나 다른 크기의 입자가 달라붙는지에 대해 우리는 아직 모르고 있다.”라고 그는 말한다. 라셀다(S.H.D. Lacerda), 박(J. Park), 메우즈(C. Meuse), 프리스틴스키(D. Pristinski), 벡커(M.L. Becker), 카림(A. Karim), 더글라스(J.F. Douglas)가 저술한 본 연구(DOI: 10.1021/nn9011187) “Interaction of gold nanoparticles with common human blood proteins”라는 제목으로 2009년 12월 18일 ACS나노지(ACS Nano)에 실렸다. 그림 설명: 인간의 혈액내에 가장 흔한 단백질 중의 하나인 인슐린(Insulin)이 원래의 구조적 성질을 잃고 비정상적으로 꼬이게 되면 섬유질형태로 쌓이게 되는 것을 보여주고 있다. 이런 특성을 금 나노 입자를 통해 더욱 증가 시킬 수 있다는 것을 NIST 연구팀이 보여주고 있다.
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