자성나노치료제로 자기장 의한 암세포 치료 효과 극대화 방안 규명

자기구동 이용한 암세포 내 입자침투 및 자기 온열치료 효과 강화

자성나노치료제로 암세포 치료 효과를 극대화 하는 회전자기장 메커니즘이 밝혀졌다.

DGIST(대구경북과학기술원)은 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수팀이 회전자기장을 이용한 자성나노입자의 체인 분해 자기구동 메커니즘을 연구해 암세포 내 자성나노입자의 침투와 자기 온열치료 효과를 강화하는 방법을 규명했다고 4일 밝혔다. 

연구팀은 특이한 자기장인 회전자기장을 활용해 자성나노입자의 행동과 유체 점성 저항력 사이의 상호작용을 분석해 자성나노입자의 체인 길이를 선택적으로 제어할 수 있는 체인 분해 메커니즘에 대한 연구를 수행했다. 

구체적으로 3차원 종양 모델(종양 스페로이드)을 이용해 회전자기장을 통한 자성나노입자 체인 길이 조절 및 세포 내 흡수 효과와 암세포 자기 온열치료 효과 향상 등을 검증하고자 했다.

이를 위해 회전자기장에 의한 자성나노입자 체인 분해 메커니즘 검증부터 진행했다. 암세포와 종양 스페로이드를 표적으로 삼아 자성나노입자를 회전자기장으로 구동시켜 세포 내 흡수 및 침투 효과 증가를 유도했다. 

그리고 형광현미경(Fluorescence Microscope)을 이용한 세포 내 형광자성나노입자 이미징과 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용한 세포 및 스페로이드 절편 관측을 통해 회전자기장의 활용이 다른 비교 집단(균일 자기장에 노출된 집단, 자기장에 노출되지 않은 집단)보다 세포 및 종양 스페로이드 내부에 가장 깊이 침투했음을 증명했다.

또한, 자성나노입자의 자기 온열치료 효과를 각 집단별로 확인하기 위해 교류자기장을 이용하여 자기 온열치료에 의한 암세포 사멸을 유도했다.

그 결과, 회전자기장에 의해 침투율이 제일 높은 집단에서 가장 우수한 치료 효과를 나타냈으며, 이를 통해 회전자기장을 통한 자성나노입자의 체인 분해 메커니즘 및 자기 구동이 세포 내 흡수와 침투력을 높이고 자성나노치료제의 치료 효과를 강화할 수 있음을 최종적으로 확인했다.

DGIST 최홍수 교수는 “회전자기장에 의한 자성나노입자의 자기 구동이 암세포 및 종양 스페로이드 내 자성나노입자 흡수 및 침투를 돕고, 결론적으로 종양 치료 효과 향상을 가져온다는 것을 검증했다”라고 밝혔다.

이어 “이번 연구를 통해 개발된 기술이 향후 자성 치료제를 활용한 암 표적치료 분야에서 치료 효과를 높이기 위한 방법으로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 국가과학난제도전사업 및 글로벌연구실사업, 기초과학연구원의 지원으로 수행했으며, 연구 결과는 재료 분야 최고 권위 학술지 ‘ACS Nano(JCR IF 17.1, 분야 상위 5.7%)’에 7월 게재됐다.