보건타임즈 : '다기능 내시경 시스템' 개발‥대장암 진단 동시에 치료

그래핀 복합체(우상)가 부착된 내시경(좌)과 나노치료입자(우하)

(그림 1) 현미경의 전면 렌즈 위에 그래핀 복합체가 부착된 모습이다.
복합체는 산성도와 임피던스를 확인할 수 있는 센서가 부착돼 별도의 조직검사를 할 필요가 없다. 미리 정맥주사를 통해 주입된 나노치료입자가 암세포와 결합해 현미경의 광원에서 근적외선이 조사되면 나노치료입자의 광열치료, 광역동치료와 약물 방출이 동시에 일어난다.

(그림 2) 그래핀 복합체와 나노치료입자로 구성된 내시경 시스템의 적용 순서
i) 정맥주사로 나노치료입자를 투여하고, ii)가시광과 iii) 형광 이미징을 통해서 암의 위치를 확인할 수 있다. 내시경 표면에 부착된 그래핀 복합체를 이용해 iv) 암의 생화학적 정보(임피던스, 산성도)를 수집한다. 암 조직은 고주파 열 치료할 수 있다. 추가적으로 v)내시경을 통해 레이저를 조사해 기능성 나노입자를 통해 광선요법(phototherapy)과 화학요법(chemotherapy)을 진행할 수 있다.

[보건타임즈] 국내 연구진이 그래핀과 나노입자 기술을 적용해 대장암을 진단하면서 동시에 치료까지 한꺼번에 할 수 있는 '다기능 대장 내시경 시스템'을 개발해냈다

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 최승홍(사진 서울대병원 영상의학과 교수), 김대형(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀은 첨단 신소재 '그래핀'과 나노입자 기술을 접목시켜 대장암을 정확하게 진단하면서 치료할 수 있는 내시경을 개발했다.

내시경은 체내에 숨겨진 질병을 찾아내는 가시적인 진단과 조직검사, 병변제거 등 간단한 시술에 널리 쓰인다.
그러나 현재 사용되는 내시경의 좁은 전면에 여러 장치들이 조밀하게 탑재돼 추가 기능을 구현하기엔 한계를 드러내 정확한 진단과 치료까지는 부수적인 절차와 시간이 필요했다.

이에 연구진(IBS 나노입자연구단)은 내시경에 그래핀 복합체를 접목시켜 나노치료입자를 고안하는 방법으로 이런 문제들을 해결했다.

이 연구는 차세대 나노물질로 각광받는 그래핀을 의료기기에 적용, 활용했다는 것에 큰 의의가 있다.

연구팀은 그래핀과 은 나노와이어 복합체에 산화이리듐을 전기화학 증착해 그래핀 복합체를 개발했다.
이 장치는 투명소자로 내시경 렌즈 위에 부착이 가능하다.
또 물리적·화학적 성질이 우수해 조직검사 시 임피던스와 산성도 정보를 즉시 얻어내 대장암 진단을 할 수 있다.
이 기능은 고온·고압의 상태에서조차 그대로 유지해, 살균과 고주파 열 치료 등이 필요한 실제 수술과정에서 활용할 수 있다.

이번 연구로 함께 개발된 나노치료입자는 외부에 항체를 도포해, 특정 암세포만 선택적으로 결합하는 특성을 갖는다.
입자 내부엔 형광물질이 들어가 형광영상을 이용하면 대장암의 정확한 위치를 파악할 수 있다.
금 나노막대와 항생제를 함유한 온도 민감성 고분자는 내시경의 빛에 반응, 주변조직의 피해 없이 암세포만 골라 치료할 수 있다.

그래핀 복합체와 나노치료입자를 이용한 대장 내시경 시스템은 기존의 대장 내시경 대비 진단 정확성이 높은데다 치료 시간까지 단축시켜 향후 대장암 치료의 핵심 기술이 될 것으로 보인다는 게 연구팀의 설명이다.
이 연구를 통해 개발된 기술들은 로봇 수술에 접목하면 다양한 치료에 광범위하게 적용될 것으로 기대된다.

이 연구논문은 An Endoscope with Integrated Transparent Bio-electronics and Theranostic Nanoparticles for Colon Cancer Treatment이란 제목으로 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 온라인 판에 게재됐다.