고려대 강희민 교수팀, 나노기술로 생체 내 시공간 원격제어 기술 개발

▲ (왼쪽부터) 제1저자 최효준 학사과정생, 제1저자 배건휴 석박사통합과정생, 공동저자 정석 교수(기계공학부), 공동저자 송재준 교수(의과대학), 교신저자 강희민 교수(신소재공학부) (사진=고려대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 생체내 소재 표면에서 리간드의 슬라이딩 움직임을 제어함으로써 실시간으로 면역 및 재생 반응을 제어할 수 있는 나노바이오 신소재가 고려대 연구팀에 의해 개발됐다.

고려대 공과대학 신소재공학부 강희민 교수(교신저자) 연구팀이 주도한 이 연구는 성과를 인정받아 세계적 학술지 ‘Advanced Functional Materials(Impact Factor: 16.836)’에 7월 9일 게재됐다.

이번 연구는 제1저자인 최효준 학사과정생 (신소재공학부), 배건휴 석박사통합과정생 (신소재공학부)의 주도 하에 기계공학부 정석 교수(공동저자), 의과대학 구로병원 송재준 교수 (공동저자)의 협력으로 진행됐다.

생체 소재가 인체 내 삽입되면 외부 물질로 인식한 인체는 면역반응을 일으킨다. 이러한 면역반응을 억제, 조절하기 위해 생체 소재의 표면을 설계하는 것이 필수적이다. 이번 연구에서는 나노스케일의 자성입자 표면에 음전하를 띠는 RGD 리간드를 결합시켜 양전하를 띠는 기판 위에 정전기적 인력으로 결합시키고, 외부 자기장을 이용한 자성 나노입자의 슬라이딩의 제어를 통해 리간드 밀도가 증가하게 되면 대식세포의 부착과 조직재생반응을 일으키는 M2 분극화를 촉진하고, 염증반응을 일으키는 M1 분극화를 억제할 수 있음을 생체내에서 입증했다.

이번 연구에서 소재 개발에 사용된 RGD 리간드는 다양한 생체모사 단백질로 대체할 수 있으므로 다양한 숙주 세포와 소재의 상호작용을 조절하는데 응용될 수 있다. 또한, 소재의 나노 리간드 움직임을 생체 내에서 외부 자기장으로 원격 제어함으로써 다양한 생체 내 반응을 무해한 방법으로 실시간 제어하는 새로운 치료 패러다임을 제시했다.

강희민 교수 연구팀은 외부 자기장을 이용한 나노 리간드의 슬라이딩 스위칭이 줄기세포 분화 조절 기반 재생 의학에도 적용될 수 있음을 국제 학술지 ‘Nano Letters’에 최근 (2020년 5월)에 게재한 바 있다.

강희민 교수는 "이 연구는 생체내 소재 표면에서 리간드의 슬라이딩 움직임을 인체한 무해한 외부 자기장으로 원격 제어가 가능한 기술"이라며, "향후 면역 반응이나 조직 재생 등 역학적인 숙주 반응을 원격으로 조종하고 이해할 수 있는데 큰 진전을 이루고, 다양한 나노바이오신소재를 디자인하여 환자 맞춤형 의학의 진전에 기여할 수 있을 것"이라고 연구의 의미와 발전계획에 대해 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 소관 한국연구재단 기본연구의 지원으로 수행됐다.

▲ 나노 리간드 슬라이딩 스위치로 대식세포 기반 생체 내 면역반응을 실시간 원격제어하는 모식도(자료=고려대)