[신기술 소개] 키타큐슈대학, 세계 최초로 약물 운송용 나노입자 구조 해석에 성공 - 고성능 DDS 개발의 기본 지침을 부여하며, 유전자 치료, 항암제 응용 기대 -

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66 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

키타큐슈대학, 세계 최초로 약물 운송용 나노입자 구조 해석에 성공

일본 과학기술진흥기구(JST) 과제달성형기초연구의 일환으로 키타큐슈(北九州)시립 대학 사쿠라이 카즈 아키(櫻井和朗) 교수 등은 차세대의 약물전달시스템(Drug Delivery System)으로서 기대되는 100가닥의 끈 모양 고분자가 응집한 고분자 미셀 입자의 내부 구조를 대형방사광시설 SPring-8의 안정된 X선 계측 시 스템과 소각X선 이상산란법을 이용하여 정밀하게 해석하여 입자 내부에 약물이 어떻게 유지되고 있는지를 세계 최초로 밝혀냈다.

DDS는 약물을 나노 크기의 캐리어(운송체)에 봉입하여 환부에서 선택적으로 약제를 방출시키는 구조로,

① 부작용이 크게 줄어들고, ② 물에 녹지 않으며, 생체에서 용이하게 분해되기 때문에 종래에는 투여할 수 없었던 약제를 투약할 수 있는 등의 이점이 있다. 약재의 봉입 상태를 파악하는 것은 성능 향상을 위해 중 요한데, DDS입자의 크기는 수 나노미터이기 때문에 그동안 내부 구조를 알 수 없었다. 연구진은 도쿄대학 (東京大学)의 아메미야 요시유키(雨宮慶幸) 교수의 연구그룹이 개발한 ‘X선 소각이상산란’이라는 새로운 기법을 도쿄자혜회의과대학(東京慈恵会医科大学)의 요코야마 마사유키(横山昌幸) 준교수 등이 임상 응용을 진행하고 있는 고분자 미셀에 적용했다. 소각X선 이상산란의 측정 정밀도의 향상에는 X선 강도 1% 이하 의 차이를 엄격하게 결정해야 하는데, JASRI의 야기 나오토(八木直人) 부문장들은 SPring-8을 통해 얻는 매우 안정되면서 고강도의 X선을 이용해 특별한 장치를 고안해 노이즈를 저감함으로써 세계 최고의 고정 밀 측정이 가능했다. 또 사쿠라이 교수 등의 나노 계면 해석 기술에 의해 고분자 미셀 내부의 구조와 약물 의 보유 상태를 가시화하는 데 최초로 성공했다. 그 결과, 미셀 내부에 갇혀 있다고 생각했던 약물이 내핵 과 외각의 계면에도 얇은 층을 형성하여 밖으로 빠져나온 다는 것을 알게 되었다. 이런 사실은 약물의 방출 메커니즘과 깊이 관계하고 있다고 생각된다. 즉, 고분자 미셀이 약물을 받아들일 때 이러한 계층을 형성한 다고 하면 미셀과 세포가 접촉할 때 층과 세포와의 사이에서 약물의 교환이 가능하다고 생각된다.

본 연구 성과에 의해 보다 고성능의 DDS 개발을 위한 기초적인 지식을 얻게 되었으며, 유전자 치료, 항 암제의 부작용 저감 및 고효율화로 이어질 것으로 기대된다. 본 연구 성과는 미국 화학 회지 Journal of the American Chemical Society 온라인판에 게재되었다(※ 발표논문 참조).

※ 발표논문: Yusuke Sanada, Isamu Akiba, Kazuo Sakurai, Kouichi Shiraishi, Masayuki Yokoyama, Efstratios Mylonas, Noboru Ohta, Naoto Yagi, Yuya Shinohara, and Yoshiyuki Amemiya,

“Hydrophobic Molecules Infiltrating into the PEG Domain of the Core/Shell Interface of a Polymeric Micelle: Evidence Obtained with Anomalous Small-Angle X-ray Scattering”, J. Am. Chem. Soc., January 31, 2013.

DOI: 10.1021/ja308965j

KIC News, Volume 16, No. 2, 2013

KIC News, Volume 16, No. 2, 2013 67

Figure. 소각X선 이상산란의 개략도와 결과.

출처 : 2013.01.29 JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20130129/index.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)

금 나노막대와 하전된 폴리머로 처리한 별 모양 필터종이 이용 초민감도 화학물질 검출

미국 세인트루이스 소재 워싱턴대학 Srikanth Singamaneni 교수팀은 의사나 환경과학자들이 싸게 화학 물질을 검지할 수 있는 방법을 제안하였다. 거름종이(filter paper)를 별 모양으로 자르고 금 나노막대 (nanorod)들과 전하를 띤 폴리머로 처리해서 surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)에 연결시켜 정밀 분석이 가능하도록 하는 전처리 개념의 방식이다.

Figure 1. 금 나노막대들의 TEM 사진.

Figure 2. 제작된 검출 분리 전처리용 별 모양 종이.