지능적 DNA 나노머신으로 근적외선 광열치료 효과 높여

국내 연구팀이 필요한 곳에만 지능적으로 유전자를 전달하는 pH(수소이온 농도지수) 감응형 DNA 나노 구조체를 개발, 질병치료 효과를 획기적으로 높일 수 있는 원리를 규명하는데 성공했다.



기초과학연구원(원장 직무대행 신희섭)은 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문)의 김원종 그룹리더(포스텍 교수) 연구팀이 세포 내 pH를 감응해 지능적으로 유전자를 전달할 수 있는 DNA 나노머신 기반의 나노 구조체를 개발하고 항암치료에 쓰이는 근적외선 광열치료 효과를 극대화할 수 있는 원리를 밝혀냈다고 26일 발표했다.



연구팀은 금 나노입자에 pH 감응형 DNA(이하 i-motif DNA)와 치료 유전자인 간섭 RNA(siRNA, small interfering RNA)를 붙여 조건에 따라 거동을 다르게 조절하는 지능적인 DNA 나노머신을 개발했다.



i-motif DNA가 낮은 pH 조건에서 모양을 변형해 서로 모이려는 성질을 가진다는 점에 착안한 것으로 i-motif DNA에 세포사멸을 유도하는 siRNA라는 핵산을 접합시켜 금 나노입자의 표면에 붙였다. 이러한 금 나노입자는 세포 밖의 중성 pH에서는 siRNA를 품은 채로 흩어져 있다가 세포 안으로 들어가면 세포 내의 낮은 pH에 감응, 서로 결합하면서 siRNA를 전달한다는 사실을 규명한 것이다.



또한 금 나노입자가 서로 결합해 광열효과가 높아지면 항암치료 효과 또한 획기적으로 높아지는 것을 확인했다.



빛에 의해 발생하는 고열을 이용한 항암치료(광열치료)는 빛에 감응하는 금 나노입자가 모여 있어야 높은 효과를 기대할 수 있고 이때 질병세포 사멸을 유도하는 유전자 치료를 병행하면 상승효과를 기대할 수 있다는 설명이다.



이 원리를 이용하면 질병 부위에 특정적으로 유전자를 방출시켜 질병세포 사멸을 유도하는 동시에 항암 광열치료 효과도 높일 수 있어 의약학, 보건의료, 암치료 등 다양한 분야에 적용될 것이란 전망이다.김원종 그룹리더는 “주위의 환경에 따라 거동을 달리하는 지능적인 나노머신의 개발로 인해 유전자로 인한 세포사멸의 유도와 빛에 의한 광열치료의 효과를 획기적으로 높여 앞으로 원하는 시간, 원하는 부위에 원하는 양의 유전자를 전달할 수 있는 스마트한 유전자 전달 시스템으로의 적용이 가능할 것”이라고 기대했다.



이번 연구 성과(논문제목 : i-Motif-Driven Nanomachines in Programmed siRNA Delivery for Gene-Silencing and Photothermal Ablation)는 미국화학회가 발간하는 나노분야 세계적인 권위저널인 에이씨에스 나노지(ACS Nano, IF 12.062, JCR 상위 5.33%) 6월10일자 온라인에 게재됐다.