암세포 표적하여 형광 신호 내는 프로브 개발

종양 저산소증 감지하여 종양 부위에서 형광반응 실시간 확인
의약화학분야 국제학술지 Journal of Medicinal Chemistry誌 표지논문 선정

 ▲ 근적외선 형광 프로브의 원리 모식도. 프로브가 혈관을 타고 돌다가 종양 저산소증 특성을 반영하여 형광 신호를 발현시킨다.

 종양의 크기가 커지면 종양 부위에 산소가 부족해지는 저산소증은 항암치료의 내성과 연관이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 저산소증을 감지하고 종양 조직에만 선택적으로 축적돼 형광 신호를 내는 프로브*가 개발됨에 따라, 보다 정밀하게 암의 위치와 형태를 식별할 수 있게 됐다.

* 프로브(Probe): 단백질이나 유전자 등을 확인하는 데에 활용하는 분자 화합물

 한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI)은 바이오융합연구부 홍관수 박사 연구팀이 종양에 특이적으로 반응하여 형광 신호를 내는 프로브를 개발했다고 23일 밝혔다.

 그동안 개발된 저산소증 감지 프로브들은 조직 침투력 및 형광 신호 감도가 낮다는 한계를 가지고 있었다. 이번에 홍관수 박사 연구팀이 개발한 근적외선 형광* 프로브는 저산소증 상태에서 형광 신호가 높은 감도로 활성화되고, 종양 조직만을 선택적으로 표적하도록 설계되었다.

* 근적외선 형광: 가시광선보다 긴 파장의 형광 빛으로, 인체에 무해하고 조직 투과력이 좋으며 자체발광은 최소화된 파장 영역이기 때문에 임상 진단기술에 활용이 용이하다.

 특히, 이번에 개발된 프로브는 암을 정밀하게 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 외과적인 수술 시 체내 주입된 프로브의 형광 반응을 실시간으로 확인하며 정상조직은 최대한 보존할 수 있는 절제술에도 활용 가능하다.

 ▲ 근적외선 형광 프로브의 구조 및 원리

 근적외선 형광 프로브의 구조는 종양 표적기, 형광체, 저산소증 반응기의 역할을 하는 분자들을 결합시킨 형태이다. 종양 표적기는 프로브가 종양 조직에 선택적으로 전달되도록 하고, 저산소증 반응기가 종양 저산소증에 의해 활성화되면, 형광체가 형광 신호를 발현시킨다.

▲ 근적외선 형광 프로브의 형광 이미징

 프로브의 형광 신호는 정상 산소 상태 대비 저산소증 상태에서 20배 이상 증가하는 것을 시험관 및 세포 실험을 통해 확인하였다. 암에 걸린 동물모델에 정맥주사를 통해 프로브를 투여했을 때, 종양 조직에 프로브가 축적되고 형광 신호가 증대됨을 생체 광학 이미징 시스템을 통해 실시간으로 관찰할 수 있었다. 

 본 연구성과는 의약화학분야 저명 국제 학술지인 “Journal of Medicinal Chemistry”誌(논문명: Near-infrared fluorescent probe activated by nitroreductase for in vitro and in vivo hypoxic tumor detection, IF=6.205, JCR 상위5% 이내, 공동교신저자: KBSI 홍관수, 미국 텍사스대 조나단 세슬러) 온라인판에 3월 12일 게재되었고, 연구의 우수성을 인정받아 표지논문으로 선정되었다.

 ▲ KBSI 연구팀

 ▲ 공동교신저자(KBSI 홍관수 책임연구원, 미국 텍사스대 조나단 세슬러 교수)

 ▲ 공동제1저자(KBSI 바이오융합연구부 Sanu Karan 학생연구원, 조미영 연구원, 이현승 선임기술원)

 KBSI 홍관수 바이오융합연구부장은 “기존에 개발된 암 진단 형광 프로브의 문제점을 개선하고자 국제공동연구를 통해 최적화된 프로브를 합성하였고, 수용액, 세포, 동물모델에서의 전략적인 검증단계를 거쳐 구현한 연구결과”라며, “생체 내에서 실시간 종양 진단은 물론, 수술부위에 대한 정확한 유도와 같은 잠재적인 응용분야에 프로브가 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. <끝>