국내 연구진이 사람의 세포 속으로 들어가는 과량의 의약용 나노입자가 인체 세포에 유해하다는 사실을 밝혀 의약용 나노입자와 나노독성 바이오마커 개발에 새로운 장을 열었다.
이광 아주대 의대 교수와 이진규 서울대 의대 교수팀은 진단을 위해 다양하게 활용되는 자성(磁性)을 띠는 나노입자가 과량으로 들어간 동물세포에서 활성산소가 증가해 궁극적으로 에너지의 합성을 저해한다는 사실을 처음 규명했다고 25일 밝혔다.
활성산소란 생체조직을 공격하고 세포를 손상시키는 산화력이 강한 산소로 노화, 당뇨, 암 등을 유발한다. 나노입자는 10억분의 1m 크기의 입자로, 크기가 작으면서도 활용 가능성이 무궁무진해 산업체뿐만 아니라 의료, 바이오, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 각광받고 있다.
그러나 나노입자가 인체에 유해한 독성을 가지고 있다면, 나노입자의 부피당 표면적이 매우 넓기 때문에 잠재적인 독성의 위험성도 그만큼 커져 문제가 될 수 있다. 지금까지 은, 이산화티타늄, 탄소나노튜브 등과 같은 나노입자는 크기가 작아지면 작아질수록 세포에 염증을 일으키고 면역반응을 저해하는 등 인체에 유해한 독성이 강해진다는 사실이 2010년 정진호 서울대병원 피부과 교수팀에 의해 밝혀진 바 있다. 그러나 의약용 나노입자가 근본적으로 어떻게 인체에 유해한 독성을 유발하는지는 종합적으로 규명하지 못했다.
연구팀은 나노독성을 분석하기 위해 줄기세포의 추적과 검출, 세포분리, 약물전달 등에 두루 응용되는 자성 나노입자(실리카 코팅 자성 나노입자)를 동물세포에 넣었다. 그 결과 나노입자가 들어간 세포에서 활성산소가 증가해 정서불안, 불면증, 기억상실 등을 유발하는 신경전달물질(글루타메이트)을 축적시키고, 유전자를 변형시키며, 미토콘드리아를 손상시킨다는 사실을 확인했다.
공동연구팀의 백만정 순천대 교수는 ‘유기대사체 프로파일 분석법’이란 새로운 방법을 나노독성 연구에 처음으로 접목해 대사체 수준에서 분석하는데 성공했다. 이는 순수 국내 연구진이 만든 분석법으로, 나노독성 분야에서 한국이 선도적인 위치를 차지할 수 있는 기반을 마련했다고 연구팀은 의미를 부여했다.
이 교수는 “이번 연구는 나노독성이 어떻게 영향을 미치는지 세포 수준에서 종합적으로 밝힌 것으로 나노 안전성 분야에서 거둔 괄목할만한 성과”라며 “향후 인체에 해롭지 않은 의약용 나노입자 등을 개발하는데 기초가 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이 교수 외에 심우영 아주대 박사, 심점순 연구원, 김재호 교수 등이 참여한 이번 연구는 나노분야의 권위 있는 학술지 ‘ACS Nano’에 9월25일 게재됐다.

☞용어설명

활성산소(活性酸素, oxygen free radical)
호흡과정에서 몸 속으로 들어간 산소가 산화과정에 이용되면서 불가피하게 생기는 부산물이다. 여러 대사과정에서 생성되며 생체조직을 공격하고 세포를 손상시킨다. 산화력이 강하며 생체조직을 공격하고 세포를 손상시킨다. 강한 산화력으로 노화, 당뇨병, 암 등을 유발하며 유해산소라고도 한다. 

미토콘드리아(mitochondria)
세포 소기관의 하나로 세포호흡에 관여한다. 호흡이 활발한 세포일수록 많은 미토콘드리아를 함유하고 있다. 주된 기능으로 세포내에서 에너지원으로 사용되는 ATP를 생성한다.