기존 고분자 접착제 대비 독성 줄이고, 성능 높여

▲ 조영 및 접착효과를 갖는 나노 접착제 구조와 물성(왼쪽), 나노입자의 전자현미경 이미지와 각 물성을 이용한 대표 예시들(오른쪽)
▲ 나노 접착제의 생체조직 접착 실험(위)과 접착력 분석(왼쪽 하단), 즉각적인 지혈작용(오른족하단)
▲ 나노 접착제를 활용한 체내 다양한 영상기법 조영효과(왼쪽부터 엑스선 투시, 컴퓨터 단층촬영, 초음파, 형광 영상)
▲ 동물실험에 나노 접착제를 적용해 영상기반 시술 구현
토끼 간의 내출혈 지혈(상단 왼쪽부터 실험과정 시술 사진, 엑스선 투시, 초음파 영상), 폐암에 걸린 실험쥐의 폐암조직 표지(하단, 컴퓨터 단층촬영, 엑스선 투시, 형광 영상).
최근 초음파, 엑스선(X-Ray) 투시, 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography, CT) 등의 영상을 활용한 첨단 시술이 늘고 있다. 심장 등의 막힌 혈관을 넓히는 스텐트 시술과 간암 치료용 간동맥 항암 색전술이 대표적이다.

시술에는 조영제와 지혈제가 반드시 수반된다. 체내 병변이 조영제와 결합해야 영상 식별이 가능하고, 지혈제는 시술 시 발생하는 출혈을 막아 시술 시간을 단축하고, 시술 후 환자의 회복 속도를 높인다.

미래창조과학부 산하 기초과학연구원(원장 김두철) 나노입자 연구단 현택환 단장과 서울대학교병원 영상의학과 김효철 교수, 국민대학교 신소재공학부 이노현 교수 연구진은 ‘나노 접착제’를 개발했다.

개발된 나노 접착제는 현재 쓰이는 합성 고분자 접착제보다 독성이 현저히 낮고, 미량으로도 상처부위를 완벽하게 봉합할 수 있는 물질이다. 제작법을 응용해 다양한 물질로 나노입자 접착제를 만들면 활용 범위를 손상 조직 접합, 외상 후 출혈 지혈 등으로 넓힐 수 있다.

나노 접착제는 두 가지 물질을 결합해 만든다. 소량으로도 전자파, 음파 등에 산란 효과가 탁월한 탄탈륨옥사이드에 접착성이 우수한 실리카 나노입자를 입히면 생체적합도가 높은 나노 접착제가 만들어진다.

시술에 앞서 나노 접착제를 병변부위에 미리 주입하면, 병변 조직을 영상 장비로 확인해 효과적으로 치료할 수 있다. 실리카 나노입자의 강한 접착성은 시술 시 생기는 상처를 쉽고 빠르게 지혈시킨다. 합성고분자 접착제보다 세포 독성은 월등히 낮아, 시술 후 발생할 수 있는 염증 빈도가 현저히 줄어든다.

연구진은 동물실험으로 효과를 확인했다. 토끼를 대상으로 혈관이 많고 지혈이 어려운 간 조직에 상처를 가하고 나노 접착제를 동반한 시술에 성공했다. 또한 폐암에 걸린 실험쥐의 암 조직을 표지해 방사선 치료와 선택적 제거수술의 가능성을 확인했다.

연구를 주도한 현택환 단장은 “기존의 합성고분자 접착제를 뛰어넘는 나노 접착제를 개발해 다양한 시술과 치료에서 활용이 될 것”이라며, “매우 적은 양으로도 조영효과가 뛰어나고, 조직 내 접착성질이 우수해 시술 전 종양 표지 혹은 방사선 치료를 위한 표지물질로도 활용이 가능하다”고 밝혔다.

이번 연구는 기초과학연구원 나노입자 연구단의 주도로 한국연구재단의 ‘신진연구자지원사업’, ‘해외우수연구기관 유치사업’ 및 해양수산부 주관 ‘해양융복합 바이오닉스 소재 상용화 기술 개발사업’의 지원을 받아 진행됐다. 연구성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 7월 19일자에 ‘Multifunctional nanoparticles as a tissue adhesive and an injectable marker for image-guided procedures’, Kwangsoo Shin†, Jin Woo Choi, Giho Ko, Seungmin Baik, Dokyoon Kim, Ok Kyu Park, Kyoungbun Lee, Hye Rim Cho, Sang Ihn Han, Soo Hong Lee, Dong Jun Lee, Nohyun Lee, Hyo-Cheol Kim, Taeghwan Hyeon 등으로 게재됐다.

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