▲ 적외선 영역대의 삼광자를 흡수한 나노입자가 오렌지색을 발광해, 콜라겐(파란색)으로 둘러쌓여 있는 암조직 내부의 2㎛ 이하의 혈관벽(오렌지색)을 선명하게 나타내고 있다. .

국내 연구진이 인체에 무해한 나노입자를 활용, 정상세포와 암세포를 명확히 구분할 수 있는 고해상도 광학 영상기술을 개발했다.

기초과학연구원(IBS, 원장 오세정) 나노입자 연구단(단장 현택환, 서울대 화학생물공학부 중견석좌교수)은 무독성 반도체 나노입자를 활용한 고해상 삼광자(三光子)-인광 생체 광학영상 구현에 성공했다고 밝혔다.

이번 연구는 기존 발광영상보다 높은 해상도로 암 등 다양한 의료분야의 초정밀 진단 및 치료를 가능케 할 수 있을 뿐만 아니라, 유해성 논란이 있었던 중금속 기반의 기존 발광입자를 대체했다는 점에 큰 의의가 있다.

현택환 단장 연구팀 유정호 박사와 한국기초과학지원(연)(KBSI, 원장 정광화) 춘천센터 권승해 박사가 7년간의 공동 연구를 통해 결실을 맺은 이번 연구는 재료공학 분야 세계적 권위 학술지인 네이처 머터리얼즈誌(Nature Materials) 2월18일자 온라인판에 게재됐다.

크기 변화에 따라서 다양한 색의 형광을 구현한 반도체 나노입자를 인체에 적용, 생체 내에서 광학영상을 구현하고 이를 질병진단 기술로 응용하고자 하는 노력은 1990년대 후반부터 이루어져 왔다. 하지만 그동안 나노입자의 유해성에 대해 많은 논란이 제기됐었다. 특히 기존의 반도체 나노입자를 구성하고 있는 카드뮴, 납, 비소 등의 유해원소들로 인해 인체 내에서의 적용이 불가능하다고 인식돼 왔다.

연구진은 중금속 기반 나노입자 대신, 독성이 적고, 인체 구성에 필수원소인 아연과 황으로 구성된 황화아연 나노입자를 합성한 뒤 여기에 소량의 망간 이온을 도핑해 매우 밝은 오렌지색 인광을 구현했다.

오렌지색으로 발광하는 황화아연 나노입자를 이용해 고해상도 생체 광학 영상을 얻고자 노력하던 연구진은 이 나노입자가 매우 높은 효율의 ‘삼(三)광자 현상’이라는 특이한 양자역학적 성질을 갖고 있다는 사실을 발견했다.

연구팀은 이를 이용, 기존의 근적외선 광학 현미경의 해상도 한계를 뛰어넘는 고해상도 생체광학영상을 얻는데 성공했다.

유방암만 선택적으로 인식하는 펩타이드 항체와 나노입자 표면을 결합시킨 후 암이 이식된 쥐에 주사 투여해 암조직 주변의 혈관 및 암세포를 2 마이크로미터 이하 분해능의 고해상도 광학영상으로 촬영했다.

연구책임자인 현택환 단장은 “나노입자의 삼광자 생체광학영상 기술을 통해 MRI, CT 등 기존 영상의학 기술에 비해 높은 해상도의 조직 영상을 얻을 수 있다”며 “조직을 세포수준으로 관찰해 질병 악성·전이 정도 등의 정밀 진단, 정상조직과 질병조직의 명확한 경계 제시 등, 기존 영상 진단 기술과 상호보완적으로 더 많은 병리학적 정보를 제공해 더욱 정확한 질병진단 및 치료를 가능케 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.