방사선 피폭에 안전한 나노입자 합성 성공…실험으로 효과 검증

IBS-서울대 공동연구, 국제학술지 표지논문에 선정

치사율 100% 고선량 방사선 노출서 실험쥐 66% 생존 확인

기존 제품 360분의 1 양으로 효과…부작용 최소화, 방사선 보호제로 기대

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[대전=뉴시스] 세륨-망간 산화물 헤테로 나노입자의 방사선 보호 효과. IBS-서울대 공동연구진은 합성한 나노입자를 오가노이드 실험에 적용, 소량의 나노입자만으로 활성산소를 제거하고 세포 손상이 줄어드는 것을 확인했다. 또 동물실험을 통해 나노입자가 방사선으로 인한 장기손상을 줄여 생존율을 높인다는 사실도 증명했다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 소량만 사용해도 방사선 피폭으로부터 전신을 보호할 수 있는 나노입자를 합성하는데 성공했다.
 
기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 현택환 단장이 박경표 서울대 치의학대학원 교수 연구팀과 공동연구를 통해 방사선 조사 시 유발되는 과량의 활성산소를 극소량의 투여량으로도 제거할 수 있는 나노입자를 개발했다고 6일 밝혔다.

방사선을 쬐면 인체 내 물 분자가 수 밀리 초(ms·1000분의 1초) 내에 분해되며 과량의 세포에 손상을 입히는 활성산소가 발생하기 때문에 방사선 분해로 생기는 과량의 활성산소를 빠르게 제거, 체내 줄기세포 손상을 최소화하는 것이 방사선 의료분야의 핵심연구 영역이다.

현재 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 방사선 보호제는 '아미포스틴'이 유일하지만 아미포스틴은 타액선의 손상만 제한적으로 예방할 수 있고 독성에 의한 부작용 등 사용에 제약이 크다.

이에 따라 공동 연구진은 활성산소를 제거할 수 있는 나노입자에 주목해 패혈증, 파킨슨병, 알츠하이머 등 활성산소 관련 질병 치료에 효능이 있는 세륨산화물(CeO2)과 망간산화물(Mn3O4)에 대해 연구했다.

연구진은 이들 물질이 기존에 갖고 있던 다량 투여에 따른 체내 독성 유발문제를 해결키 위해 나노입자 구조를 제어하고 활성산소 제거 효율을 높였다.

먼저 연구진은 세륨산화물 나노입자 위에 망간산화물 나노입자를 증착시킨 형태의 나노입자를 제작, 두 나노입자의 격자 차이로 망간산화물 입자 내의 격자 간격이 벌어지고 이에 따라 표면 흡착에너지가 조정되도록 했다.

이를 통해 합성된 세륨-망간산화물 나노입자는 세륨산화물 나노입자보다 항산화 성능이 최대 5배 이상 높아졌다.
 
또 연구진은 인간 소장 오가노이드(유사 장기)를 사용해 합성된 나노입자의 방사선 보호 효과를 분석, 나노입자의 투여로 방사선으로 인한 DNA 손상, 세포자살, 스트레스 등 부작용이 획기적으로 개선되고 세포 재생 관련 유전자들의 발현이 증가하는 사실을 확인했다.

이어 동물실험을 통해 소량의 나노입자로도 보호 효과가 높다는 사실도 입증했다. 시험에서는 아미포스틴 권장 투약량의 360분의 1에 해당하는 매우 적은 양의 나노입자가 실험쥐에게 투여됐으며 이를 통해 치사율 100%의 고선량 방사선 노출에도 66%가 생존한다는 사실을 확인했다.

 이는 아미포스틴보다 약 3.3배 높은 생존율이며 또 실험쥐의 장기 손상이 줄고, 장기 재생이 활발하게 진행되고 있는 것도 확인됐다.

이번 연구 결과는 지난달 11일 재료분야 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials·IF 27.398)’에 온라인 공개됐으며 8월호 표지논문으로 실릴 예정이다.(논문명:Epitaxially Strained CeO2/Mn3O4 Nanocrystals as an Enhanced Antioxidant for Radioprotection)

공동교신저자인 서울대 치의학대학원 박경표 교수는 "합성된 나노입자가 임상에 적용될 수 있도록 높은 항산화 성능을 입증하는 동시에 생체 독성 문제를 최소화하는 데 집중했다"고 설명했다.

IBS 현택환 단장은 "세륨-망간 산화물 헤테로 나노입자는 방사선 피폭으로부터 인체를 보호하는 효과적인 보호제로 활용될 수 있다"며 "방사선의 의학적 활용은 물론 원자력발전소 사고로 인한 피해 우려까지 덜어줄 수 있을 것"이라고 말했다.


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