이미지 크게보기 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 연구진. 왼쪽부터 천진우 단장, 김수진 연구원, 신태현 연구원. (기초과학연구원 제공=연합뉴스)

병 든 세포 10배 밝게 비추는 ‘나노 MRI 램프’
천진우 IBS 단장팀 성과…‘네이처 머티리얼즈’에 논문 게재

자기공명영상(MRI)으로 진단할 때 암세포 등 병든 세포만 환히 밝혀주는 신개념 조영제가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 천진우 나노의학연구단장(연세대 화학과 특훈교수)팀이 병든 세포를 주위보다 최대 10배가량 밝게 보여주는 조영제 ‘나노 MRI 램프’를 개발하는데 성공했다고 6일 밝혔다.

이날 연세대 백양누리에서 열린 브리핑에서 천 단장은 “자성을 띠는 나노입자와 상자성 물질의 거리에 따라 MRI 신호가 달라지는 현상을 발견해 이와 같은 램프를 구현할 수 있었다”고 설명했다.

상자성 물질은 외부 자기장이 있을 때만 자성을 띠는 물질로, MRI 신호를 증폭해 조영 효과를 낸다. 가돌리늄 같은 희토류나 철, 망간 등이 이에 속한다.

이미지 크게보기 나노 MRI 램프는 질병이 있는 조직만 밝히지만(왼쪽 그림) 기존 조영제는 질병이 있는 조직 주위를 모두 밝힌다는 차이가 있다. (기초과학연구원 제공=연합뉴스)

연구팀에 따르면 자성 나노입자와 상자성 물질 사이의 거리가 7nm(나노미터·10억 분의 1m) 이상이 되면 상자성 물질의 전자스핀이 요동치며 강한 MRI 신호를 낸다. 반면 두 물질 사이의 거리가 7nm 미만이면 MRI 신호로 관찰되지 않는다. 연구팀은 이 현상에 ‘자기공명튜너’(Magnetic Resonance Tuning·MRET)라는 이름을 붙였다.

이 현상을 바탕으로 연구진은 암 진단에 적용할 수 있게 나노 MRI 램프를 제작했다. 즉 암세포가 내는 ‘암전이 단백질’(MMP-2)에 의해 잘려나가는 물질로 자성 나노입자와 상자성 물질 사이를 연결한 것.

암에 걸린 쥐를 대상으로 한 실험에서 이 램프는 암세포와 만나 중간이 잘려나갔다. 그에 따라 자성 나노입자와 상자성 물질의 거리가 7nm 이상으로 벌어지면서 MRI 신호가 생기는 것이 확인됐다. MRI 영상에서 암 조직은 주위보다 10배가량 밝게 빛났다.이 램프가 검출할 수 있는 암 단백질의 크기는 나노몰(nM·10억 분의 1몰) 단위의 극미한 수준이었다.

천 단장은 “지금 쓰이는 MRI 조영제는 주변 조직과 병든 조직을 모두 밝히기 때문에 둘 사이를 명확하게 구분하기 어렵지만, 나노 MRI 램프는 문제가 있는 조직만 특이적으로 밝힌다”며 “기존 MRI 조영제를 밝은 대낮에 램프를 켜는 것에 비유한다면, 나노 MRI 램프는 밤에 램프를 켜는 것과 같다”고 설명했다.

그는 또 “나노 MRI 램프는 원리가 간단하면서 높은 정확도와 민감도를 나타내 더욱 정밀하고 정확한 진단을 가능하게 할 뿐 아니라 생검(biopsy) 없이도 생체 깊이 존재하는 조직을 관찰하는데 이용할 수 있을 것으로 보인다”며 “분자 수준에서 관찰하고 진단하는 신개념 영상진단을 이번 연구에서 제시했다”고 강조했다.

한편 램프를 인체에도 적용할 수 있도록 모든 성분을 미국식품의약국(FDA)의 승인을 받은 것으로 제작했으며, 두 자성입자를 잇는 물질을 달리 설계하면 단백질과 유전자 외에 화학 분자, 금속 등을 잡아내는 것도 가능하다는게 연구진의 설명이다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈’(Nature Materials) 7일 자에 실렸다.

<연합뉴스>

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