금속 나노입자 고효율 생합성 기술을 통해 위치 추적과 방출 패턴 조절이 가능한 '약물 전달체'가 개발됐다.
현재 금속 나노입자 합성에 주로 사용되고 있는 물리화학적 방법은 독성이 있는 환원제, 계면활성제 등을 이용해야만 했다. 이로 인해 약물 전달체와 같이 생체 내에 사용하기엔 어려움이 있었다. 이를 극복하기 위해 환원력이 우수한 단백질을 미생물 내에 과발현해 금속 나노입자를 생합성하는 기술이 개발됐지만, 이는 미생물이 받아들일 수 있는 금속 전구체의 종류와 농도가 한정적이었다.
이에 카이스트 생명화학공학과 박현규 교수·중앙대 화학과 박태정 교수·가천대 바이오나노학과 김문일 교수 연구팀은 대장균에 중금속 흡착 단백질을 발현하는 플라스미드를 형질 전환해 단백질을 과발현한 후 이를 알지네이트 젤에 포집해 그 활성을 안정화하는 기술을 개발했다.
중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 다양한 종류의 금속 이온을 30분 이내로 빠르게, 고농도로 흡착·환원시켜 금, 은, 자성 및 양자점 나노입자 등 다양한 종류의 금속 나노입자를 알지네이트 젤 내부에 고농도로 생합성하는 데 효과적으로 활용됐다.
특히 연구팀은 항암제 등 약물과 중금속 흡착 단백질을 알지네이트 젤에 동시에 포집한 후 높은 형광을 나타내는 양자점 나노입자를 젤 내부에 합성해 위치 추적 및 영상화가 가능하면서 서방형(장시간 서서히 방출하는 형태) 방출이 가능한 다기능 약물 전달체를 개발하는 데 성공했다.
연구팀은 항암제와 녹색 형광을 보이는 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 및 파란색 형광을 보이는 유로피움 셀레나이드(EuSe)로 이루어진 양자점을 동시에 모은 약물 전달체를 실험쥐에 경구로 주입한 후, 이 약물 전달체의 위치를 생체 내에서 추적 및 영상화할 수 있음을 확인했다.
박현규 교수는 “이번 연구에서 개발된 중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 독성 물질 없이, 고속·고농도로 다양한 금속 나노입자를 생합성할 수 있고 동시에 약물의 서방형 방출이 가능하기 때문에, 향후 위치 추적이 가능한 약물 전달체 등에 응용될 수 있다”고 설명했다.
이번 연구 내용은 미국화학회가 발행하는 학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이시스(Applied Materials and Interfaces)’ 2021년도 13호 표지 논문으로 선정됐으며, 한국연구재단의 지원을 받아 중견연구자지원사업의 일환으로 수행됐다.