한국생명공학연구원, 생체 내에서 높은 대비로 형광을 켜고 끌 수 있는 신물질 개발
최근 질병 진단용 첨단 의료장비 개발이 진행되면서 비교적 안전하면서도 감도가 매우 높은 형광물질을 활용해, 암과 같은 특정 부위에서만 나타나는 형광이미징 기술로 정밀한 진단을 실현하려는 노력이 전세계적으로 활발히 진행되고 있다.
그러나 생체 내 분자들의 자체 형광에 의한 노이즈, 빛의 흡수와 산란, 빛의 투과 깊이 등의 문제가 있어서 이를 해결하기 위한 여러 방법들이 시도되고 있다. 이 가운데 한 가지 방법으로서 스위칭이 가능한 형광물질이 개발되고 있지만 지금까지 개발된 형광물질들은 1회성이거나 비교적 낮은 대비로 형광을 나타내어 재현성과 실효성에 한계가 있어 왔다.
생명硏 김윤경 박사팀이 이번에 개발한 나노화합물은, 덴드리머(dendrimer)라고 하는 구 모양의 화합물 여러 개를 광변색 화합물* 분자를 이용해 포도송이 모양의 다발로 묶고 이 표면에 형광물질을 붙여 만들어 졌다.
※ 광변색 화합물 : 쪼이는 빛의 파장에 따라 두 가지 다른 분자 구조 사이를 왔다 갔다 하면서 색이 바뀌는 성질을 갖는 화합물.
특히 표면의 형광물질과, 덴드리머를 연결시키는데 활용한 광변색 화합물 분자간의 거리와 비율을 잘 조절하여 형광공명에너지전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET)*가 유리하도록 설계함으로써, 두 가지 다른 종류의 빛(가시광선과 자외선)을 교대로 비출 경우 생체 내에서 형광이 켜지거나 꺼질 수 있는 기능을 구현하였고 최대 19배까지 높은 대비로 형광이 나오도록 구현하였다. 또한 세포 및 제브라피시(zebrafish)에 이 물질을 투입하여 안전성을 확인하였고, 40회 이상 두 종류 파장의 빛을 교대로 비춘 실험에서도 형광의 켜짐과 꺼짐이 지속적으로 반복 가능하다는 점을 확인하였다.
※ 형광공명에너지전이 : 두 가지 물질이 1-10 나노미터 이내의 범위에 있고 한 물질(A)의 방출(형광)스펙트럼이 다른 물질(B)의 흡수스펙트럼과 겹치는 경우 공간상으로 에너지가 A에서 B로 전이되는 현상.
이번 연구결과는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 화학 분야 세계적 권위지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’지 2월 3일자 온라인 속보판에 게재되었다.
※ 논문명 : High-Contrast Reversible Fluorescence Photoswitching of Dye-Crosslinked Dendritic Nanoclusters in Living Vertebrates
생명硏 김윤경 박사는 “이번에 개발한 물질은 매우 높은 대비를 나타내고 반복적으로 형광을 켜고 끌 수 있는 특성이 있을 뿐만 아니라 다양한 파장의 빛에 맞춰 맞춤제작도 가능하기 때문에, 이를 응용하여 각종 난치성 질병의 진단 효율과 정확도를 대폭 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
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