기초과학연구원(원장 오세정, IBS) 복잡계 자기조립 연구단 그룹리더 김원종 연구진(POSTECH 교수)은 KAIST 이해신 교수팀과 공동으로 홍합접착 모사 단백질의 일종인 폴리노레피네프린*1의 반응 경로를 규명하고, 주사바늘 등 인체 삽입용 의료도구에 활용되는 일산화질소 코팅방법으로 응용하는데 성공했다.

세계적 화학학술지 ‘안게반테 케미(Angewante Chemie)’ 온라인 판에 게재된 이 연구성과는 항(抗) 박테리아 주사바늘 등 다양한 인체 삽입용 의료도구 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대를 모으고 있다.

* 논문제목 : ‘초균일 홍합모사 코팅기술을 이용한 일산화질소 저장 및 전달 방법 개발’(Poly(norepinephrine): Ultrasmooth Material-Independent Surface Chemistry and Nanodepot for Nitric Oxide), 공동 제1저자 IBS 복잡계 자기조립 연구단 김지훈 석박사통합과정 학생？ KAIST 홍선기 석박사통합과정 학생, 교신저자 : IBS 복잡계 자기조립 연구단 김원종 그룹리더？KAIST 이해신 교수

인체 내에 들어가는 제세동기, 임플란트, 주사바늘 등 인체 삽입용 의료도구들은 시술 전후 세균 감염으로 인한 질병이 일어날 수 있어 반드시 표면처리가 필요하다.

이 때 사용되는 것은 주로 스프레이 코팅이나 담금 피막법 등이지만, 의료도구의 물질에 따라 코팅방법을 바꿔야 하거나, 생체에 부작용을 일으킬 수 있다는 문제점이 지적되어 왔다. 그 대안으로 제시된 것이 홍합 접착 단백질을 모사한 폴리도파민*2이라는 물질로, 모든 물질에 코팅이 가능할 뿐 아니라 홍합에서 모사한 물질인만큼 생체에 부작용을 일으키지 않아 많은 학자들이 이에 대한 연구를 진행해 왔다.

하지만, 폴리도파민은 코팅 과정에서 침전물이 생겨 표면이 고르게 되지 않아 실제로 활용 가능성이 떨어진다는 단점이 있었다.

공동연구팀은 폴리도파민의 유도체 중 하나인 폴리노레피네프린이 형성될 때 다이하이드락시 벤즈알데히드(3,4-dihydroxy-benzaldehyde？DHBA-NE)라는 물질이 침전물의 형성을 막고 고른 표면을 얻을 수 있게 해준다는 사실을 밝혀냈다.

또, 연구팀은 폴리노레피네프린을 이용해 농도에 따라 항균, 혈관재협착 방지, 상처 치유나 항암 치료 등 다양하게 적용되는 일산화질소 코팅방법도 제시했다.

일산화질소는 대표적인 대기오염 물질로 알려져 있지만, 생체 내에서는 혈관 팽창이나 신경전달, 세포성장과 사멸을 관여하는 유용한 물질이다. 이러한 일산화질소 코팅 기술은 지금까지 미국을 중심으로 활발하게 연구가 진행되고 있는 반면, 우리나라에서는 관련 기술이 전무한 상태였다. 또, 미국을 중심으로 개발된 일산화질소 코팅 기술은 합성이 어려운데다 코팅력이 약하고 다양한 물질의 표면에 코팅하기 어렵다는 많은 단점을 가지고 있었다.

연구팀은 폴리노레피네프린 표면에 다이하이드락시 벤즈알데히드(3,4-dihydroxy-benzaldehyde？DHBA-NE)에 의해 형성되는 이차아민이란 물질에 일산화질소를 저장하거나 방출할 수 있는 다이아제니윰다이올레이츠(diazeniumdiolates)*3를 넣어 코팅력을 강화시키는 한편 다양한 물질의 표면에 일산화질소를 저장, 전달할 수 있도록 했다.

IBS 김원종 그룹리더는 “폴리노레피네프린을 이용한 일산화질소 코팅 방법은 해외 특허들과 견줄 수 있는 순수 국내 원천기술로 항균, 혈관 재협착 방지, 상처치유 등의 다양한 기능을 갖춘 의료도구를 개발하는데 전기를 열었다는 평가를 받고 있다”고 밝혔다.