[스크랩/나노] 몸속 분자로봇들이 당신을 고친다

나노입자 활용하는 나노의학 곧 현실화

나노바늘로 핵산 주입해 새 혈관 생성 성공
장기이식·표적치료 등에 획기적 진전 기대

영국과 미국 공동 연구팀이 '나노바늘(nanoneedle)'을 사용해 새로운 혈관을 만들어내는 데 성공했다. 앞으로 장기이식이나 특정 부위 표적 치료에 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 

영국 임피리얼칼리지 런던 재료공학과 치로 치아파니 교수와 미국 휴스턴 메소디스트연구소 엔니오 타스치코니 박사 연구팀은 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서 나노바늘로 쥐 신체 일부를 자극해 혈관 생성을 유도하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구 성과는 '네이처 머티리얼스' 최근호에 게재됐다. 

나노바늘은 굵기가 나노미터(㎚) 단위인 바늘을 말한다. 연구팀이 만든 나노바늘은 여러 개 바늘이 마치 고슴도치처럼 모여 있는 형태다. 각각의 바늘은 원뿔 모양으로 돼 있는데 길이가 5마이크로미터(㎛ ), 바늘 끝 지름은 50㎚다. 1㎚가 머리카락 굵기의 8만분의 1인 것을 감안하면 그 가늘기가 어떤지 가늠해볼 수 있다. 

바늘은 '다공성(多孔性)' 구조로 돼 있다. 마치 물에 적신 스펀지가 물을 머금고 있는 것처럼 여러 물질을 담아둘 수 있다. 연구팀은 모든 생물 세포 속에 들어 있는 고분자 유기물로 생명체를 구성하는 핵산(nucleic acids)을 나노바늘에 담아 옮기는 방식을 실험했다. 

핵산 종류로는 DNA와 RNA가 있으며 신진대사 촉진, 치매 예방, 빈혈 개선, 간기능 향상 등 효과가 있다. 

연구팀은 실험쥐의 등 근육에 상처를 낸 뒤 나노바늘을 사용해 쥐의 등 근육 세포에 핵산을 주입했다. 핵산이 투여된 쥐는 실험 7일 뒤 상처 부위 혈관이 6배로 증가하며 상처가 빠르게 회복됐다. 감염이나 기타 부작용 등은 나타나지 않았다. 연구팀은 인체에서 채취한 사람 세포를 대상으로 한 실험에서도 DNA와 RNA의 한 종류인 siRNA를 전달하는 데 성공했다. 

이처럼 나노바늘은 바늘 굵기가 매우 가늘어 세포에 해를 끼치지 않고 핵산을 세포 안에 주입할 수 있다. 

타스치코니 박사는 "나노바늘이 세포를 통과할 수 있어 세포를 죽이지 않고도 핵산을 전달할 수 있다"고 전했다. 연구팀은 체내에서 분해 가능한 실리콘을 사용해 '무해한' 바늘을 만들었다. 나노바늘을 몸속에 주입한 뒤 꺼내지 않아도 몸속에서 자연분해돼 없어진다. 

한국화학연구원에서 약물 전달 시스템을 연구 중인 신병철 박사는 "나노바늘에 앞서 바늘 굵기가 10~20㎛, 최대 100㎛ 크기인 마이크로바늘이 연구된 적이 있는데, 세포 크기 역시 10~100㎛ 정도라서 세포가 파괴되는 문제가 있었다"며 "나노바늘은 이보다 가늘어 세포를 죽이지 않으면서 세포벽을 통과해 효과적으로 핵산을 전달할 수 있어 획기적"이라고 말했다. 신 박사는 "그간 핵산에 대해서는 많은 연구가 이뤄졌지만 세포 안으로 주입하기 어려운 게 큰 걸림돌이었다"며 "후속 연구가 필요하겠지만 향후 10~20년 정도면 나노바늘을 활용한 치료제가 등장할 것"이라고 말했다. 

연구팀은 향후 나노바늘을 사용해 사람 혈관 생성을 촉진하는 것도 가능할 것으로 전망했다. 이렇게 되면 장기이식으로 기증된 장기를 환자 몸에 연결하는 데 획기적인 진전이 이뤄질 것으로 기대된다. 혈관이 생성되면 거부 반응을 최소화하면서 장기가 제대로 기능할 수 있기 때문이다. 핵산은 손상된 장기나 신경 복구에 중요한 역할을 하므로 수술·상처 부위의 빠른 회복에도 사용할 수 있다. 연구팀은 향후 나노바늘이 달린 반창고 등을 만드는 것을 목표로 하고 있다. 자연분해되는 나노바늘 반창고를 신체 안팎 어디든 붙여 빠른 회복을 돕는다는 구상이다. 

나노바늘처럼 나노기술을 이용해 질병을 진단·치료하거나 손상된 조직을 복구하는 것을 나노의학이라고 한다. 나노바이오센서, 나노영상, 나노약물전달체, 나노조직공학 등 다양한 분야에 활용 가능하다. 아직 초기 단계지만 암, 치매 등 난치성 질환의 조기 진단과 치료를 위한 연구가 지속되고 있다. 

신 박사는 "나노의학 기술을 활용하면 신약 개발 때 약물 효능 강화, 부작용 감소를 기대해볼 수 있고 나노분자영상은 병원체 분포나 약효 분석에서 시간적·경제적으로 큰 효과를 볼 수 있을 것"이라며 "개인 맞춤형 표적 치료제 개발을 기대할 수 있다"고 말했다. 

[이영욱 기자]

출처: http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2015&no=327085