| 국가나노과학센터, 바이오-무기 나노복합재료 기초연구진전 | ||
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 나노기술이 생물의학분야에 광범위하게 응용되면서 나노재료에 대한 체계적인 연구와 이에 대한 전면적인 생물학적 평가의 중요성이 부각되고 있다. 국가나노과학센터 연구팀은 세포에서 동물 전체에 이르기까지 다양한 천연 단백질-무기나노복합재료의 성질, 생물효과, 메커니즘 및 생물의학 응용연구에서 많은 성과를 거뒀다. 비대칭(chiral) 생물분자 표면 수식(modified)이 양자점 세포독성에 미치는 영향연구에서 연구팀은 2개 그룹의 서로 다른 입자직경의 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 양자점을 선택하여, 그 표면을 각각 서로 다른 대칭성을 지니는 글루타티온(GSH)으로 수식하여 비대칭 양자점 L-GSH-CdTe와 D-GSH-CdTe를 얻었다. 각 그룹의 GSH-CdTe은 배양한 인체간암세포에 대해 비대칭 관련 세포독성 및 세포 자가포식(autophagy) 활성화현상을 나타내었다. GSH-CdTe의 세포독성은 자가포식을 유도하는 능력과 밀접히 연관되어 있다. 또한 GSH-CdTe은 세포융해소체(cytolysosome)의 안정성과 pH치를 떨어뜨린다. 계속된 연구 결과, 2가지 양자점표면의 글루타티온의 비대칭성이 다르기에 환경에 유리되어 있는 설프하이드릴(sulfhydryl)그룹이 들어있는 분자와의 표면교환효율도 다르다. 이로 인해, 양자의 안정성에 차이가 나타났는데, 이는 서로 다른 생물효과를 구현하는 주요 원인일 가능성이 있다. 이 연구를 통해 나노재료표면 안정제의 비대칭성과 관련된 세포대사 및 독성조절제어메커니즘을 밝혔고, 보다 안전한 의학영상용 생물분자의 표면수식제를 설계하기 위한 새로운 구상을 제공하였으며, 자가포식은 나노재료 관련 세포독성의 보편적인 메커니즘임을 밝혔다. 연구결과는 Angew. Chem. Int. Ed.（DOI：10.1002 / anie.201008206）온라인에 발표되었다. 단백질의 유도작용에 의한 귀금속 나노입자합성 및 특성연구에서 연구팀은 철단백질(apoFt)을 나노반응기로 선택하였고, 속이 빈 구형의 내벽을 템플릿으로 이용하여 입자직경이 2nm 미만이며 분산성과 안정성이 뛰어난 균일한 크기의 백금나노입자(Pt-Ft)를 합성해내었다. Pt-Ft는 서로 다른 조건에서 카탈라아제(CAT)와 당근과산화효소(HRP)의 활성을 모의할 수 있다. 이 나노모의효소는 극단적인 조건에서도 양호한 안정성을 나타낼 뿐만 아니라 pH치와 온도와의 전혀 다른 의존관계도 구현한다. 즉, Pt-Ft로 CAT 활성을 모의할 경우, 모의효소의 활성은 pH치 혹은 온도 증가에 따라 높아지며, 고온과 높은 pH치에서는 효소활성에 대한 협동강화작용도 있다. Pt-Ft로 HRP를 모의할 경우, 그 활성은 천연 HRP의 온도와 pH치에 대한 의존도와 흡사한데, 최적의 pH치는 4이며, 최적의 온도도 흡사하다. 이러한 독특한 성질은 철단백질의 유도작용으로 합성한 백은나노입자 Pt-Ft는 생물의학과 환경과학 등 분야에서 응용전망이 밝을 것으로 보인다. 연구결과는 최근의 Biomaterials (2011, 32, 1611-1618)에 발표되었다. 연구팀은 계속하여 천연 apoferritin을 나노반응기로 하여, ‘제어점(points of control)’ 방식으로 페리틴 단백질 (ferritin heavy chain, FHC)의 철산화효소의 활성부위에서 각종의 짝지은 나노 금클러스터(Au-Ft)의 합성을 제어하였다. 단일 금클러스터와 비교하였을 때 합성해낸 Au-Ft복합물은 금(Au) 고유의 발광특성을 지니면서도 가변성 형광발사스펙트럼, 뚜렷한 형광강화특성 및 최대 발사파장의 적색이동을 나타냈다. 이로부터 금클러스터간의 상호작용효과가 존재한다는 점을 직접 인증하였다. Au-Ft는 고도의 생물호환성과 저 세포독성을 지니며, 쥐 체내와 체외에서 모두 철단백수용체 mediate의 위치표적화작용을 나타내었다. 연구 결과, Au-Ft는 형광탐침으로 원적외선 생물의학의 전반적인 영상에 응용되며, 또한 쥐 신장 특정조직의 표적화 기능도 있다. 이 연구는 저독성과 생물활성을 지닌 나노구조를 이용해 귀금속 영상보조제(imaging agents)를 합성하는 이상적인 방법을 제공하였다. 연구결과는 논문형태로 J. Am. Chem. Soc.（DOI：10.1021/ja200746p）에 발표되었다. 연구팀은 생물분자와 무기나노재료의 특성을 상호 결합시켜, 각종 생물의학 응용전망이 있는 새로운 생물나노구조를 합성하기 위한 새로운 선택의 여지를 제공하였다. 정보출처 : 국가나노과학센터 |
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