□ 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「복잡계 자기조립 연구단」(김기문 단장) 김원종(포스텍 교수) 그룹리더팀이 ‘빛과 환원된 산화 그래핀’을 이용해 약물 전달 효과를 극대화 할 수 있는 작용기전을 규명했다.

o 약물 전달을 위한 환원된 산화 그래핀 기반의 나노 구조체 개발과 근적외선 조사에 의한 약물 전달 극대화 작용기전을 밝혀낸 이번 성과는 질병 부위에서 특정적으로 약물을 방출시켜 약물의 효과를 기존 대비 40% 향상시켰다.

o 물질이 세포 내 유입되는 과정에서 형성되는 세포막의 일종인 엔도좀은 근적외선의 영향을 받으면 쉽게 파괴돼 약물성분이 효과적으로 방출되는 원리를 밝혀내 다양한 약물전달의 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

o 이번 연구 결과는 7월 11일 미국화학회의 나노분야 권위저널인 「ACS　Nano誌」 온라인에 게재됐다.
* 논문제목 : 기능화된 환원된 산화 그래핀을 이용한 광열 자극에 의해 유발된 엔도좀 붕괴를 통한 약물 전달 연구 ( Photothermally Triggered Cytosolic Drug Delivery via Endosome Disruption Using a Functionalized Reduced Graphene Oxide ), 제1저자 IBS 복잡계 자기조립 연구단 김현우 석박사통합과정 학생, 교신저자: IBS 복잡계 자기조립 연구단 김원종 그룹리더, 공동교신저자: 서울대학교 농생대 바이오시스템소재학부 김태일 교수

□ 약물이 질병 부위에서 효과적으로 전달되기 위해서는 외부 자극을 통한 시·공간적 약물 전달이 필요하다.

o 이에 빛, 온도, 자기장, 초음파 등 많은 외부 자극을 이용한 약물 전달 시스템의 개발이 주목을 받고 있다.

o 이러한 자극들 중 빛은 원하는 시간, 원하는 부위에 특이적으로 자극을 줄 수 있기 때문에 특히 주목을 받고 있으며, 특히 근적외선 영역의 빛은 피부 및 조직 투과력이 우수하기 때문에 그 응용 가능성이 매우 크다.

o 또한, 최근 그래핀 기반 물질들의 독특한 물리화학적 성질을 이용하여 생의학적으로 응용하고자 하는 연구들이 많이 보고되고 있다.

□ 연구진은 환원된 산화 그래핀 기반의 나노 구조체가 기존의 나노 입자 기반의 약물 전달체 보다 많은 약물을 쉽게 담을 수 있고, 동시에 근적외선에 의해 광열효과를 나타낼 수 있다는 점에서 착안해 광열 자극에 의한 약물 전달 조절이 가능한 약물 전달체를 개발하고 그 작용 기전을 규명했다.

o 연구진은 환원된 산화 그래핀 나노구조체가 sp2 탄소 구조 회복을 통해 우수한 약물 담지 능력과 근적외선에 의한 광열효과 가질 수 있음을 확인했다.

o 세포 내에서 광열자극에 의해 엔도좀 탈출이 일어날 수 있음을 관찰함과 동시에 엔도좀 탈출 후 세포질 내에 다량 존재하는 글루타싸이온에 의해 약물 방출이 촉진될 수 있음을 밝혀냈다.

o 이렇게 만들어진 나노 구조체를 이용하여 세포를 대상으로한 약물치료실험을 실시한 결과, 근적외선에 의한 광열 효과를 통한 약물전달 효율은 나노 구조체만 이용했을 경우보다 40% 이상 높은 효율을 나타내는 것으로 확인됐다.

□ 이번 연구성과는 환원된 산화 그래핀 기반 나노 구조체의 광열 효과에 의한 약물 전달 조절 작용기전 규명 연구를 통하여 광열치료를 이용한 여러 가지 난치성 질병치료의 기초가 되는 것은 물론, 앞으로 의약학, 보건의료, 암치료 등에 다양하게 적용될 것으로 기대된다는 점에서 의미가 있다.

o 또 다른 나노 입자 기반 약물전달체들과 비교하여 그 성능을 높일 수 있을 뿐 아니라 훨씬 저렴한 가격에 보급할 수 있을 것으로 기대된다.

□ 제1저자인 김현우 IBS 복잡계 자기조립 연구단 연구원은 “광열 효과를 이용한 산화 그래핀 기반 약물 전달 메커니즘 규명은 주목할 만한 연구결과이며 앞으로 지속적인 연구를 통해 생체적합성, 질병 특이성 등을 보완할 계획”이라고 말했다.

□ IBS 김원종 그룹리더는 “근적외선이라는 무해한 외부 자극에 의해 약물 전달 조절이 가능한 환원된 산화 그래핀 기반의 새로운 약물 플랫폼을 개발함은 물론 그 작용기전까지 규명함으로써 앞으로 원하는 시간, 원하는 부위에 원하는 양의 약물을 전달할 수 있는 스마트한 약물 전달 시스템으로의 적용이 가능할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

붙임 1. 연구결과 개요 2. 용어설명 3. 사진설명4. 연구진 이력사항