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산업 고형암 진단부터 치료까지…다기능성 의료 나노로봇 개발
메디컬투데이 박정은 기자
입력일 : 2019-12-10 07:26:55
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100 nm 크기 나노로봇에 고형암 진단ㆍ치료 기능 집적 첫 성공
[메디컬투데이 박정은 기자]

국내 연구진이 몸 안에서 암 발견과 치료까지 한꺼번에 임무 수행 가능한 ‘나노(nano) 의료로봇’을 개발했다.


한국마이크로의료로봇연구원 최은표 교수 연구팀은 고형암의 진단 및 치료가 동시에 가능한 다기능성 의료용 나노로봇을 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 직경 10-20nm(1nm는 10억분의 1m)의 나노 자석입자들을 뭉쳐 직경 100 nm의 나노로봇을 제작했다.

이는 외부자기장의 영향을 최대화하여 더욱 정밀하게 로봇을 암 세포로 유도하는 작업이 가능하게 했다.

또 이 로봇에 암 세포에 반응하는 표적 물질인 엽산(folic acid)을 연결해 암을 진단할 수 있는 기능을 부여했다.

이 나노로봇에 금 나노입자와 ‘폴리 도파민’을 코팅함으로써 외부에서 근적외선을 쪼였을 때 열이 발생하도록 하여 선택적 약물 방출 및 열 방출로 인한 화학·열 치료가 가능하도록 했다.

또한 다른 생체 분자의 접근을 막는 역할을 하는 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 분자를 나노로봇에 붙여 ‘페길화’ 가능을 부여함으로써 체내 항암 약효를 향상 시켰다.

나노로봇 내부의 금 나노입자와 나노 자석입자는 로봇이 환자 몸에 투여된 후 CT나 MR 등 의료 영상장비로 확인이 가능하다는 장점도 있다.

이 기술은 이제까지의 약물 치료법과 나노입자 기반 약물전달시스템(DDS) 등과 같은 단편적인 요소기술을 넘어, 고형암의 보다 효과적인 진단⦁치료가 가능한 나노로봇의 모델과 구체적인 실용화 방안을 최초로 제시했다는 데 그 의미가 있다.

개발책임을 맡은 한국마이크로의료로봇연구원과 전남대 최은표 교수는 “아직 원천기술단계에 있지만 본 연구는 생체 내 환경에 의존적인 수동형 약물전달시스템 기술의 한계를 극복하고, 암 치료 및 기타 약물전달 응용 분야에서 기술 도약의 새로운 돌파구를 열 수 있을 것이라 본다”라고 말했다.

기술 개발에 공동 참여한 서울아산병원 종양내과 김규표 교수는 “현재개념 증명의 단계이지만, 이 기술이 실현되면 기존 고형암 치료의 장단점을 상호보완 할 수 있는 길이 열린다. 즉 전신치료의 단점인 암으로의 효과적인 약물전달을 극대화하면서 주변 정상조직으로의 전달을 최소화해 부작용을 줄일 수 있게 된다. 한편 약물의 암 조직 내 충분한 침습을 극대화하고 치료 과정과 약물 작용 과정을 모니터링하게 되어 국소치료의 단점도 극복할 수 있게 된다”고 밝혔다.


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박종오 한국마이크로의료로봇연구원장은 “본 연구는 이제까지의 단편적인 연구나 개별 해법을 넘어 의료용 나노로봇에 대한 종합적인 모델을 제시했다는 의미가 크다”라고 말했다.

이러한 나노로봇의 여러 기능은 세포 및 동물실험(Rat)을 통해 검증 되었으며 이 연구성과는 국제학술지 ‘나노 레터스 (Nano Letters)’ (Impact factor: 12.279) 에 11월 자로 온라인 게재됐다.

이 연구는 최은표 교수가 기술개발 총괄을 맡고 박석호 교수(DGIST, 약물/열 방출), 허강무 교수(충남대, 나노구조체), 김규표 교수(서울아산병원, 동물실험), 송지환 교수(한밭대, 시뮬레이션) 연구진이 참여했다.

기존 약물들을 이용한 고형암 치료법들은 낮은 지향성능으로 인한 낮은 치료효능, 약물저항성(multi-drug resistance), 약물의 과 투여로 인한 비선택적 독성 및 심각한 부작용 등 치료 및 시술 한계가 존재한다.

최근 활발히 연구되고 있는 나노입자 기반 약물전달시스템(DDS)도 기존의 화학적 치료법보다 전달효율이 크게 개선되었으나, 생체 내 안정성, 표적화 및 방출특성이 떨어질 뿐만 아니라, 전달성능이 나노입자 특성과 생체내 환경, 표적 부위 조직에 의존하고 정밀도와 민감도가 떨어진다.

단순한 투과 상승 및 저류 효과(EPR: enhanced permeability and retention)에 의존한 나노입자의 수동적 전달방법은 암 조직 내 혈관 형성의 부족 및 불균일성, 내부 압력의 존재 등으로 암 조직 내부의 암세포까지 침투가 어려워 임상에서는 약물 자체를 사용했을 때와 비교하여 큰 효과를 보지 못하고 있다.

특히, 암의 경우 발생하는 부위에 따라 표적화 효율에 큰 차이가 있고, 대부분 조직학적, 유전자적, 분자 생물적으로 이질성(tumor heterogeneity)을 보임으로써 기본적으로 수동적 메커니즘에 의한 나노입자 표적화 전달시스템은 한계에 직면한 상태이다.

이러한 한계를 극복하기 위해 눙동적 조향이 가능한 나노로봇들이 선보이고 있으나 단편적인 기능만을 제시할 뿐 고형암을 치료하기 위해 기본적으로 지녀야 할 여러 핵심 기능들을 한 번에 내포한 다기능성 나노로봇을 제시한 건 이번이 처음이다.  
메디컬투데이 박정은 기자(pj9595@mdtoday.co.kr)
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