내시경 하나로 대장암 진단·치료 동시에…국내연구진 개발

그래핀 복합체(오른쪽 위)가 부착된 내시경(왼쪽)과 나노치료입자(오른쪽 아래) 현미경의 전면 렌즈 위에 그래핀 복합체가 부착된 모습. 복합체는 산성도와 임피던스를 확인할 수 있는 센서가 있어, 별도의 조직검사가 필요없다. 미리 정맥주사를 통해 주입된 나노치료입자가 암세포와 결합해 있고, 현미경의 광원에서 근적외선이 조사되면 나노치료입자의 광열치료, 광역동치료 및 약물 방출이 동시에 일어난다. [사진=IBS 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 국내 연구진이 그래핀과 나노입자 기술을 이용해 대장암의 정확한 진단·치료가 가능한 ‘다기능 대장 내시경 시스템’을 개발했다. 그래핀은 현존하는 소재 중 특성이 가장 뛰어난 소재로 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강도가 크고 신축성도 좋다. 

대장암의 발병률은 12.9%로 전체 암 중 세번째로 높다. 현재 대장암은 일반적으로 내시경을 이용해 검진한다. 하지만 확진까지 추가적인 검사가 필요하고 암으로 발전할 수 있는 작은 종양의 경우 적시에 발견이 어렵다.

이에 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단의 김대형(사진) 교수(서울대 화학생물공학부) 연구팀은 그래핀 복합체와 나노치료입자를 고안, 암세포만 신속하게 진단 및 치료할 수 있는 내시경 시스템을 만들었다. 이로써 수술 범위와 시간을 혁신적으로 단축할 수 있을 것으로 예상된다.
 

[사진=IBS 제공]

이번 연구는 차세대 물질인 그래핀이 가진 물리적·화학적 우수성과 투명성을 의료기기에 접목했다는 데 의의가 있다. 복합체는 그래핀과 은 나노와이어를 합성하고 산화이리듐을 전기화학 증착해 제작한다. 그 결과 만들어진 복합체는 투명해 공간적 제약 없이 내시경 렌즈 위에 부착할 수 있다.

또한 임피던스와 산성도 측정 센서기능을 겸비해 신속한 조직검사로 암의 생화학 정보를 즉시 얻어 대장암을 진단할 수 있다. 고온·고압의 상태에서도 그 기능을 유지해 살균 및 고주파 열치료 등이 필요한 실제 수술과정에서 충분히 활용 가능하다.

연구진은 나노치료입자를 추가적으로 고안해 대장암의 정확한 진단 및 치료에 시너지를 더했다. 나노치료입자는 정맥주사를 통해 체내에 주입된다. 겉면에 도포된 항체로 인해, 특정 암세포에만 선택적으로 결합하는 특성을 갖는다. 또한 내부에 형광시료가 있어 작은 종양까지 관찰할 수 있다.

복합적인 항암치료 기능도 갖췄다. 내시경에 달린 광원으로 적외선을 조사하면 금 나노막대의 온도가 올라가 광열치료가 가능하다. 이와 동시에 활성산소를 만드는 염료가 반응해 광역동치료를 겸할 수 있다. 항암제를 담은 나노입자 표면을 온도 민감성 고분자가 감싸고 있어 적외선에 의한 열이 가해질 때만 약물이 방출된다. 이로써 주변 정상조직에 영향이 미치지 않아 부작용을 최소화 하면서, 암조직만을 선택적으로 치료할 수 있게 됐다.

김 교수는 “그래핀과 나노입자를 동시에 의료기기에 적용한 것은 처음”이라며 “이번연구는 동물실험으로 확인했는데 향후 임상을 거쳐 로봇을 이용한 다양한 질병의 진단 및 치료에 광범위하게 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 30일 온라인판에 게재됐다.