천진우 IBS 단장님 ‘나노 MRI 램프’ 개발…자성물질 근접도 따라 MRI 신호 조절
마치 신호등처럼 질병세포에 가까이 가면 신호가 켜지고, 멀어지면 신호가 꺼지는 MRI(자기공영영상장치) 조영제가 국내 연구진에 의해 개발됐다. ‘질병인자 검출 센서’라고도 불리는 이 조영제는 체내 깊은 곳에 있는 암세포도 놓치지 않고 찾아낸다. 이 조영제는 현재 MRI 조영 진단의 한계를 극복할 수 있는 새로운 방법으로, 정밀진단의 신개념 제시했다는 평가를 받는다.
기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단 천진우 단장(연세대 화학과 특훈교수) 연구팀이 두 자성물질의 근접도에 따라 MRI 신호 강도가 달라지는 현상인 엠레트(MRET·Magnetic Resonance Tuning, 자기 공명 튜너)를 처음 발견하고, 이 원리를 이용해 MRI 조영제 ‘나노 MRI 램프’를 개발했다고 7일 밝혔다.
조영제란 MRI, CT(컴퓨터단층촬영) 등 방사선 검사 때 조직이나 혈관을 잘 볼 수 있도록 돕는 의약품이다.
나노 MRI 램프는 자성나노입자, 외부 자기장이 있을 때만 자기적 성질을 나타내는 상자성 물질, 생체인자 인식 물질 등으로 구성돼 있다.
나노 MRI 램프는 자성나노입자와 상자성 물질 간 거리에 따라 MRI 신호를 켜거나 끌 수 있다. 생체인자 인식물질은 나머지 두 자성물질을 연결한다. 생체인자 인식 물질이 질병 인자같은 특정 단백질과 결합하면 연결된 자성물질 간 거리가 멀어지며 MRI 신호가 켜진다.
엠레트 현상은 상자성 물질 안에 있는 전자스핀의 움직임(요동)이 자성나노입자의 간섭을 받아 발생한다. 상자성 물질이 자성나노입자에 가까이 붙어 있을 때는 전자스핀요동이 느려지며 MRI 신호가 약해진다. 반면 둘 사이가 7나노미터(1나노미터는 1억분의 1미터) 보다 멀어지면 전자스핀요동이 빨라지며 MRI 신호가 켜진다.
나노 MRI 램프는 병든 조직을 주변 조직에 비해 최대 10배 밝게 보이는 고감도 영상을 구현한다.
현재 상용화된 MRI 조영제는 MRI 신호가 켜진 상태로 몸 안으로 주입돼 주변 조직과 병든 조직 간 명확한 구분이 어려웠던 반면 나노 MRI 램프는 특정 질병과 연관된 생체인자에만 반응한다.
천진우 단장은 “기존 MRI 조영제는 밝은 대낮에 램프를 켜는 것이라면, 나노 MRI 램프는 밤에 램프를 켜는 것과 같다”며 “MRI 조영 진단의 한계를 극복할 수 있는 새 방법을 제시한 것”이라고 설명했다.
특히, 나노 MRI 램프는 자기장의 원리를 활용하기 때문에 생체인자 인식 물질만 바꿔주면 다방면으로 쓸 수 있다. 이를테면 생체 내에 존재하는 다양한 염기서열의 유전자, 단백질, 화학분자, 금속, 산도(pH) 등을 MRI로 영상화 할 수 있다. 침습적 조직검사 없이도 암 관련 질병 인자를 영상으로 확인할 수 있다.
실제로 이번 연구에서 연구진은 나노 MRI 램프를 암 진단에 적용하는 실험을 진행했다. 그 결과 나노 MRI 램프가 암전이 인자인 MMP-2를 선택적으로 검출하고, 암에 걸린 동물모델의 암 부위에서만 강한 MRI 신호를 보냈다. 연구팀은 “나노 MRI 램프는 생체 깊은 곳에 있는 질병 인자를 탐색하는 데 매우 효과적인 관찰도구가 될 것”이라고 강조했다.
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천 단장은 “나노 MRI 램프는 원리가 간단하면서 높은 정확도와 민감도를 나타내 정확한 진단이 가능하다”며 “분자 수준에서 관찰하고 진단하는 영상진단의 신개념을 제시한 것”이라고 말했다. 이번 연구성과는 재료 과학 분야 국제학술지인 ‘네이처 머티리얼즈’ 7일자 온라인판에 게재됐다.
