국립금오공대 장의순 교수 연구팀, 금 나노막대 기술 통해 암세포 성장속도 억제 효과 확인

금 나노막대, 암세포 성장속도 억제 및 사멸속도 촉진 역할  

면역항암제 효과 낮은 ‘췌장암 등 고형암 치료’에 높은 활용 기대

금 나노막대 기반 전기화학적 암 치료기술 관련 논문 2024년 7월 8일자 ACS Nano 게재

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 (전국= KTN) 김도형 기자= 국립금오공과대학교 장의순 교수 연구팀은 금 나노막대(GNR)를 활용한 전기화학적 암치료 기술을 개발하고, 이에 대한 연구 결과를 저명 국제학술지 ACS Nano에 게재했다. 이 기술은 GNR이 전기장에 반응하여 암세포의 성장을 억제하고 사멸을 촉진하는 효과를 보였다.

연구 결과는 GNR의 피뢰침 효과로 인해 암세포 내 pH 변화를 유도하며, 외부 전기장에 의해 전도성이 우수한 GNR 표면에서 전기화학적 반응이 촉발됨을 보여준다. 이로 인해 암세포는 빠르게 사멸되며, 특히 췌장암과 같이 면역항암제 반응률이 낮은 고형암의 치료에 효과적일 것으로 기대된다.

연구를 이끈 조아라 박사는 "GNR 기술을 활용한 암치료 기술이 실질적으로 개발되어 고형암 환자에게 실질적인 도움이 될 것"이라며, "앞으로의 연구를 통해 임상 응용에 진전시킬 계획"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행되었으며, 암치료 기술의 혁신적 발전을 이끌고 있다.

기사 상세 내용

국립금오공과대학교(총장 곽호상) 화학생명과학과 장의순 교수 연구팀이 암세포에 금 나노막대(Gold nanorod, 이하 GNR)를 처리하여, 전기장을 가했을 때 GNR의 피뢰침 역할을 통해 암세포들의 성장속도가 억제될 뿐만 아니라, 사멸 속도를 촉진할 수 있음을 확인했다.

  관련 논문은 ‘Electric Field-Responsive Gold Nanoantennas for the Induction of a Locoregional Tumor pH Change Using Electrolytic Ablation Therapy’라는 논문제목으로 저명 국제학술지인 ACS Nano(IF:15.8)에 7월 8일자로 온라인 게재됐다.  

  장의순 교수 연구팀은 10여 년 전부터 GNR의 피뢰침 역할을 활용한 전기화학적 암치료 기술 연구를 이어왔다. 연구팀은 외부 전기장을 가했을 때 부도체인 암세포 내에 전도성이 우수한 GNR의 표면에 전기장이 증폭될 것이며 이로 인해 암세포들이 더 빠르게 사멸될 것이라고 가정하였고, 실제로 GNR을 처리한 암세포들이 음극에서 양극 방향으로 빠르게 사멸되면서 예상과 일치하는 결과를 관찰하였다. 그러나 관련된 연구 결과들이 학계에 보고된 바 없어 GNR에 의한 암세포 사멸 메커니즘을 명확히 밝혀내기 어려웠으나 지속적인 연구를 통해 다음과 같은 사실을 밝혀냈다.

① 저전압(≤ 10V/cm) 전기장에서 암세포들의 주요 사멸 원인은 전극 주변에서 물의 전기 분해에 의해 발생한 전기화학 종들에 의한 pH 변화임

② 외부 전기장에 의한 추가적인 암세포 사멸 원인은 음극(Cathode)에서 양극(Anode) 방향으로 이동하는 양이온(ex. Ca2+)들에 의해 음극 주변에 있는 암세포 내 증가하는 양이온 농도가 트리거 역할을 함

③ GNR을 처리한 암세포의 경우 암세포 내에 존재하는 GNR의 피뢰침 효과로 인해 암세포 내로 유입되는 Ca2+ 이온의 양이 대조군 보다 더 빠르게 증가함

④ 암세포 내 Ca2+ 이온의 증가로 소포체에 스트레스가 발생하고 미토콘드리아로부터 활성산소 발생이 증가하면서 암세포 사멸이 촉진됨

⑤ 특히, GNR의 피뢰침 효과로 전기화학적 결합력이 증가하면서 세포성장에 필요한 핵심 아미노산인 Methionine이 GNR 표면에 다량으로 결합되고 이로 인해 Methionine이 부족해진 암세포들은 세포분열 속도가 억제됨

  이번 연구에 제1저자로 참여한 조아라 박사(응용화학과 졸업)는 “연구 결과를 바탕으로 GNR을 활용한 전기화학적 암치료 기술이 췌장암과 같이 면역항암제 반응률이 매우 낮은 고형암의 치료 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”며, “앞으로 고형암 치료제 개발을 위한 전임상 시험 연구를 통해 이번 연구에서 개발한 항암 치료 기술이 실질적으로 활용될 수 있도록 노력하겠다.”고 밝혔다.

장의준 교수, 조아라 박사

  한편, 이번 연구결과는 지역대학 우수과학자 지원사업(한국연구재단), 혁신성장 피부건강기반 기술개발사업(한국보건산업진흥원), 지역지능화 혁신인재양성사업(정보통신기획평가원) 지원으로 수행됐다. 

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