[미리보는 '금요일에 과학터치'] 인간 질병 연구 핵심 기술로 부각

나노 물질이 유입된 암세포의 형광 이미지 모습.

나노바이오융합기술은 인간의 질병 연구와 치료제 개발에 획기적인 실마리를 제공할 수 있다는 가능성 때문에 IT 혁명 이후 세계시장경제를 선도할 수 있는 대표적 핵심 기술 분야로 부각되고 있다. 의약품, 화학, 환경, 농업, 에너지 등 생활과 밀접한 관련이 있는 다양한 분야에서 큰 영향을 미치고 있다.

특히 최근 연구동향을 분석해볼 때 기존 BT 연구'응용 분야와 1990년대 이후 폭발적으로 연구가 진행되고 있는 NT 기술의 접목을 통해 각자 영역의 한계를 극복하려는 시도가 늘고 있다. 또 효율성과 응용성을 활용, 융합기술로 재조명하는 연구가 많이 진행되고 있다.

각종 난치 질병의 진단과 치료 약물 후보군을 도출하는 작업에 나노입자와 다양한 나노물질을 통한 바이오센서, 바이오칩 기반의 기술들이 적극 이용되고 있는 추세다. 질병에 대한 빠른 진단과 발병 전 예방치료에 대한 관심과 더불어 환부에 약물을 효율적으로 전달하는 방법이 집중 조명되고 있기 때문에 BT-NT 융합기술 분야의 성장 가능성은 더욱 높다.

서울대 화학부 민달희 교수 연구팀의 주된 연구내용은 '나노물질을 활용한 바이오테크놀로지에의 응용'. 화학, 생물학, 나노과학, 생체공학 등 여러 연구 분야에 걸치는 융복합 연구를 수행하고 있어, 다양한 실험도구와 광경을 한 자리에서 볼 수 있다. 한쪽에서는 유기합성으로 새로운 분자를 합성하고, 다른 쪽에서는 나노물질을 합성해 단백질과 나노물질을 이용한 효소 반응을 연구한다. 또 암세포와 줄기세포에 약물을 처리하고, 한쪽에서는 생쥐에 암세포를 주입한 뒤 나노물질 기반 약물전달체를 주사하고 있다. 전통적인 화학 실험실에서는 보기 드문 광경이다.

민 교수 연구팀은 현재 그래핀, 금나노물질, 다공성 실리카 입자 등의 나노물질을 기반으로 한 바이오센서와 다양한 효소활성분석 기술, 약물전달시스템(drug delivery system)을 개발하고, 이를 기반으로 질병진단 방법 개발(diagnostics)과 새로운 약물후보 발굴(drug screening)을 중심으로 연구활동을 하고 있다. 이러한 응용연구의 기초가 되는 나노물질의 표면화학, 나노물질과 동물세포 사이의 인터페이싱, 다양한 나노물질에 대한 동물세포와 줄기세포의 반응 등에 관한 연구도 함께 진행하고 있다. 또한, 서로 다른 종류의 나노물질을 기반으로 복합 나노물질을 개발하여, 바이오센싱 신호증폭에 관한 연구도 진행하고 있다.

병원에서 혈액검사를 하면 혈액 속의 다양한 성분이 얼마나 존재하는지 알아보는 검사들을 시행한다. 그렇다면 혈액 속에 어떤 물질이 얼마나 존재하는지 알아볼 수 있는 방법은 무엇이며, 그 방법은 얼마나 신뢰도가 있을까? 특정 질병에 걸린 사람의 혈액에 존재하는 질병특이적 바이오마커는 또 어떻게 발견하며, 검출해낼 수 있을까? 좀 더 편리하고, 정확한 바이오센서를 제작하기 위해 다양한 나노물질들을 사용하는 것이다.

이번 강연에서는 다양한 나노물질들이 어떻게 생의학적으로 활용돼 바이오센서와 약물전달에 응용되는지 그 방법과 원리에 대해 살펴보고자 한다. 특히 그래핀, 금나노입자와 다공성 실리카 입자가 어떻게 만들어지고, 어떤 표면처리를 통해서 바이오응용에 적합한 형태로 변형되는지, 궁극적으로 어떠한 바이오센서로 활용될 수 있는지 살펴본다. 또 부작용은 적으면서 약물이 원하는 곳으로 효과적으로 전달되는 나노기술 기반 약물전달 기술의 연구 방법과 응용 사례도 소개한다.