한국기초과학지원연구원은 한국생명공학연구원과 미국 MIT 및 예일대와의 공동연구를 통해 일반 형광과는 정반대로 높은 파장의 빛(빨간색 계열, 에너지가 낮음)을 받아 낮은 파장의 빛(파란색 계열, 에너지가 높음)을 방출할 수 있는 ‘상향변환(Upconversion) 나노캡슐’을 개발했다고 11일 밝혔다.
상향변환 나노캡슐(200 nm 크기)은 두 개의 서로 다른 유기 형광 염료 액상을 가두고 있어 하나의 빛으로도 다양한 형광 방출이 가능하다.
이러한 원리를 이용하면, 나노캡슐 표면에 질병의 표지나 표적을 선별적으로 집어낼 수 있는 두 종류 이상의 바이오탐침(항체, 펩타이드 등)을 부착해 주사한 후 빛을 쏘여 촬영하면 현장에서 바로 다중 암세포 이미징을 관찰할 수 있다.
이러한 진단기술을 통해 주사 한방과 빛을 쬐는 것만으로 진단이 가능하기 때문에 진단의 신속성과 환자들이 검사에서 받는 고통과 스트레스, 경제적 부담을 많이 완화시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이번 연구결과는 나노과학분야의 세계적 학술지 ACS 나노 (ACS Nano, IF: 12.881)지 온라인판에(논문명: Dual-Color Emissive Upconversion Nanocapsules for Differential Cancer Bioimaging in vivo, 주저자 : 권오석, 송현석, 교신저자: 나탈리 알치, 김재홍) 7일에 게재됐다.
이번 나노캡슐을 질병 진단에 활용하면, 생체 조직 투과성과 조직 손상에 거의 영향이 없는 장파장의 빛을 이용할 수 있어 진단의 효율을 높일 수 있으며, 실리카 나노캡슐 기술이 적용되어 인체에 무해하다는 장점이 있다.
또한, 다중 암진단 및 치료에 활용돼 다양한 난치성 질환의 질병 조기진단 및 효과적인 치료를 동시에 수행하는 환자 맞춤형 멀티테라그노시스 연구에 응용될 수 있을 것으로 보인다.
권오석 생명연 박사는 “이번 상향변환 나노캡슐은 다양한 에너지 상향변환용 유기 형광 염료를 액상 형태로 실리카 캡슐에 가두려는 기술이 있어 이번 성과가 가능했다”며 “특히 이번에 활용된 유기형광 염료는 삼중항-삼중항 상향변환에 기반을 둔 것으로, 선택적 암 다중진단 연구에 응용됐다는 것이 이번 연구의 가장 큰 의의라 할 수 있다”고 밝혔다.
송현석 기초지원연 박사는 “이번 성과는 신체 조직의 투과율이 좋고 조직 손상을 주지 않으면서 여러 종류의 암을 선택적으로 진단할 수 있어 암의 종류뿐 아니라 암의 전이까지 진단할 수 있을 것이다”라고 밝혔다.
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