▲ 박재형 성균관대학교 화학공학/고분자공학부 교수.

수술 없이 초음파 원격제어로 암을 추적해 치료하는 스마트 나노로봇이 개발돼 암 사망률 감소에 공헌할 것으로 기대되고 있다.

미래창조과학부(장관 최양희)와 보건복지부(장관 정진엽)는 박재형 교수(성균관대) 연구팀이 미래창조과학부 기초연구지원사업(개인연구, 집단연구), 보건복지부 암정복추진연구개발사업 등의 지원을 통한 연구로 최근 ‘초음파로 원격제어 하는 스마트 나노로봇을 이용해 외과적 수술 없이 종양을 치료할 수 있는 초음파 역동치료 기술’을 개발했다”고 밝혔다.

이 연구결과는 국제적 권위의 학술지 나노 레터(NANO letters) 10월12일자에 게재됐다.

이번 연구는 암으로 인한 사망률을 낮추기 위해 다양한 연구가 진행되고 있는 가운데, 초음파 원격제어로 활성산소종을 발생시켜 부작용이 거의 없이 종양을 치료할 수 있는 신개념 나노의약품인 스마트 나노로봇 개발로 암 치료의 새로운 지평을 열었다고 평가되고 있다.

연구팀은 인체 투과도가 낮은 빛을 이용하는 광역동치료기술의 한계를 극복하기 위해 초음파 자극에 의해 원격 제어돼 활성산소종을 발생하는 생체적합성 금/티타늄 나노입자 기반의 나노로봇을 개발해 초음파역동치료에 적용했다.

초음파에 의한 활성산소종 발생효율이 낮은 광감각제를 사용했던 기존연구와 달리 티타늄 나노입자에 금 나노입자가 도입된 나노로봇을 이용해 초음파 자극 시 활성산소종을 폭발적으로 발생시키며, 초음파 자극에 원격 제어돼 종양만을 공격함으로써 기존 종양치료의 부작용을 현저히 감소시키고 치료효능을 획기적으로 개선시키는데 성공했다.

이 연구의 나노로봇은 생체적합성이 우수한 고분자로 표면 개질돼 정맥주사를 통해 투여 시 암 조직을 탐지하여 선택적으로 도달할 수 있는 능력이 매우 우수함을 확인했다.

따라서 인체 적용 시 외과적 수술이나 부작용이 심한 항암제등을 사용할 필요 없이 나노로봇을 정맥 주사한 후 간단한 초음파 처리를 통해 암 조직을 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구에서 개발된 스마트 나노로봇은 초음파 자극에 원격 제어돼 과량의 활성산소종을 종양 부위에 선택적으로 방출함으로써 암세포를 즉각 사멸시켜 외과적 수술 및 부작용 없이 종양을 제거할 수 있는 치료 기술이다.

이에 따라 향후 인체로의 적용은 긍정적으로 예측되며 간암, 유방암, 신장암, 위암 등 신체 내 중요한 장기에 위치한 다양한 종류의 암의 효과적인 치료를 통해 사망률 감소에 크게 기여할 것으로 기대된다.

박재형 교수는 “이 연구는 외과적 수술이나 항암제 없이, 인체에 무해한 초음파로 나노로봇을 원격제어 해 암을 치료하는 기술로 종양 치료에 있어 새로운 패러다임을 제시한 것”이라며 “이는 기존의 종양 치료가 가지는 한계를 극복해 암으로 인한 사망률 감소에 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한 동물실험에도 성공해 나노로봇의 체내 독성에 대한 후속연구가 이뤄진다면 임상에도 곧 적용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

▲ 금/티타늄 나노입자 기반의 스마트 나노로봇을 이용한 초음파역동치료의 모식도.