나노조립체 이용한 생체 내 분자 규모 리간드 제어 시스템 개발
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나노조립체 이용한 생체 내 분자 규모 리간드 제어 시스템 개발
  • 이현건 기자
  • 승인 2022.06.05 23:36
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- 강희민-김영근 교수팀 연구 결과, Advanced Materials 게재

 

(왼쪽부터) 제 1저자 김유리 석박사통합과정생, 제 1저자 구명석 석박사통합과정생, 교신저자 김영근 교수, 교신저자 강희민 교수

고려대학교 신소재공학부 강희민-김영근 교수 연구팀이 임플란트 소재가 제시하는 리간드의 크기와 간격을 생체 내 분자 규모에서 제어하여 세포의 부착과 분극화를 조절할 수 있는 나노조립체 시스템을 개발했다.

이번 연구는 국제학술지 Advanced Materials (Impact Factor: 30.849)에 제 1저자 김유리 석박사통합과정생, 제 1저자 구명석 석박사통합과정생, 교신저자 김영근 교수, 교신저자 강희민 교수의 저자 순서로 4월 27일 게재됐다. 해당 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 신진 연구자지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.

세포외 기질에 있는 단백질들은 세포를 모집하거나 세포가 부착되는 정도를 조절하는 역할을 한다. 이러한 단백질 중에 RGD 리간드를 갖는 파이브로넥틴은 특히 대식세포가 염증 반응을 나타내는 M1 분극화, 재생 반응을 나타내는 M2 분극화를 조절할 수 있기에, 재생 의학 및 공학 분야에서 주목받고 있다.
* RGD 리간드: 세포 부착을 매개하게 하는 세포외 기질(Extracellular Matrix)의 단백질 중 파이브로넥틴의 아미노산 서열. 세포막에 존재하는 수용체 인테그린(integrin)은 RGD 리간드를 인지하고 세포가 부착되도록 함
* 대식세포 : 대식세포는 초기 면역 반응에서 중요한 역할을 하며, 외부 환경에 의해 M1 대식세포 또는 M2 대식세포로 분극화함. M1 대식세포는 염증성 면역 반응을 하여 몸에 침입합 세균을 방어하는 데 중요한 역할을 하며, M2 대식세포는 재생성 면역 반응을 하며 조직의 리모델링에 관여함.

연구팀은 다양한 액상환원법을 이용하여, 산화철 나노입자, 금 나노입자를 제조하고 두 소재를 복합화한 산화철-금 나노조립체를 개발했으며, 신축성 폴리머 링커를 이용하여 임플란트 소재에 나노조립체를 부착하여 대식세포의 부착과 분극화를 제어할 수 있는 시스템을 개발했다.
* 액상환원법 : 금속염을 전구체로 하여 환원제와 열을 이용하여 나노결정을 얻는 방법으로 용매 내의 금속염 농도의 과포화에 따른 핵 생성과 성장으로 나노입자를 합성하는 방법.
* 산화철-금 나노조립체 : 산화철 나노입자가 중심에 위치하고, 표면에 상대적으로 작은 금 나노입자가 일정한 크기와 간격을 가지며 붙어있는 구조로, 금 나노입자에만 반응하는 물질을 사용하여 부분적인 표면 기능화가 가능함.

나노조립체의 구성성분인 금 나노입자는 씨앗-매개 성장법을 이용하여 크기와 간격을 조절할 수 있었으며, 금 나노입자에는 RGD 리간드가 코팅되어, 결과적으로 리간드의 크기와 간격을 파이브로넥틴과 인테그린과 같은 생체 내 분자 규모에서 조절했고, 그것이 대식세포의 접착과 분극화에 미치는 영향을 확인할 수 있었다.

또한, 외부 자기장으로 임플란트 소재와 신축성 링커로 연결된 나노조립체의 거동을 조절하여, 재생성 면역 반응을 촉진할 수 있어, 생체 내 대식세포의 정밀 제어 가능성을 검증한 데 의의가 있으며, 맞춤형 환자 치료의 상용화 가능성을 제시했다.

 

 


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