레이저 빛을 받아 암세포나 세균을 공격하는 물질이 개발 됐다. 새로운 항암 치료, 식수·공기 살균과 같은 분야에 널리 쓰일 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈) 화학과 권태혁·민승규 교수팀은 친수성 생분해 고분자인 폴리글리세롤을 기반으로 한 광감각제(Photosensitizer)를 개발했다고 20일 밝혔다.
광감각제는 자신이 흡수한 레이저 빛으로 주변 산소를 활성산소로 바꾸는 물질이다. 활성산소의 강력한 산화력으로 암세포나 세균을 공격해 죽일 수 있다. 실제 실험에서, 광감각제를 넣고 레이저 빛을 쏘자 암세포와 세균의 성장 속도가 절반 이하로 줄어들었다.
그림1. 개발한 광감작제(hPAG)의 암세포 사멸(a), 살균 효과 실험(b) 그림(a)의 빨간색은 죽은 암세포를 말한다.
연구팀은 활성산소 중에서도 산화력이 매우 강한 일중항 산소를 만드는 광감작제를 개발했다. 기존에 일중항 산소를 만드는 광감각제는 중금속이 포함되거나 물에 잘 섞이지 못하게 하는 방향족 물질이 포함돼 있어 몸에도 해롭고 물을 기반으로 한 체액에도 잘 녹지 않는 문제가 있었다.
그림2. 개발한 친수성 생분해 광감각제의 활성 산소 생성 모식도
권태혁 교수는 “광감각제 분자 구조에 질소를 넣어 생체 친화 재료인 폴리글리세롤을 주 원료로 하는 광감각제(hyperbranched polyaminoglycerol, hPAG)를 만들 수 있었다”고 말했다.
질소가 산소와 광감각제간 거리를 좁힐 수 있는 강한 상호작용 힘을 유도해 광감각제의 전자가 산소로 옮겨가게 된다는 설명이다. 실제 시뮬레이션 결과 원자 3개 정도 거리에 해당하는 3Å(옹스트롬, 10-10m) 이내로 거리가 좁혀지는 것이 확인됐다.
계산 모델링기반 시뮬레이션 연구는 화학과 민승규 교수팀이 주도했다. 민 교수는 “전자 전달만을 이용한 스핀플립 (spin-flip) 기반의 새로운 일중항 산소 생성 경로”라고 설명했다.
연구의 제1저자인 남정승 박사는 “일중항산소는 에너지 전달 경로로만 합성된다고 알려져 있던 것과 달리, 개발된 광감각제는 전자(electron) 전달 경로를 통해 산소를 일중항산소로 바꿀 수 있어서 에너지 전달 반응을 돕는 중금속이나 방향족 물질을 넣을 필요가 없다”고 설명했다.
공동 제1저자는 이채규 화학과 연구원은 “이번 연구는 기존 광감각제 물질들의 생체 적합성과 수계 용해도를 높이는 새로운 분자 공학적 지침으로 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 연세대학교 김병수 교수팀과 공동으로 진행되었으며, 국제 학술지인 ‘미국화학회 골드지 (JACS Au)’에 3월 29일자로 온라인에 공개됐다. 연구 수행은 한국연구재단(NRF)이 추진하는 ‘중견연구자지원사업’과 울산과학기술원 등의 지원으로 이뤄졌다. (끝)
