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NEW 김환명 교수팀, 생체 산성도 정밀분석 가능한 분자센서 개발
- 2013-12-06
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우리 학교 김환명 교수(화학과·에너지시스템학과, 사진)팀이 생체 내 산성도를 정밀하게 영상화할 수 있는 형광분자센서를 개발했다. 이번에 개발된 형광분자센서를 활용하면 세포 내부의 산성도(pH)를 정밀하게 측정할 수 있어 향후 질병의 조기 진단과 세포 내 메커니즘 분석 등에 널리 활용될 것으로 전망된다.
생체 각 조직의 산성도 변화는 신호전달과 면역 시스템 등에 관여하고 암이나 신경질환 등의 질병과 관련이 있기 때문에 최근 의약학계에서 많은 관심을 가져온 이슈다. 하지만 이 분야 연구는 아직 걸음마 수준으로 인체 내 각 조직의 산성도를 정밀히 측정할 수 있는 기술의 개발이 꾸준히 요구되어 왔다.
김 교수팀이 개발한 센서는 물에 잘 녹는 유기물질로 인체에서 떼어낸 세포조직 안으로 쉽게 녹아 들어간다. 여기에 적외선 영역의 빛을 쏘여주면 산성도(pH)에 따라 다른 색깔의 형광색을 낸다. 색의 변화를 통해 세포 내 조직의 산성도 차이와 생명활동에 따른 산성도 변화를 관찰할 수 있으며 이는 현미경을 통해 바로 영상화가 가능하다. 이 형광센서를 사용하면 세포 크기 보다 작은 1마이크로미터까지 관찰이 가능하다. 기존에는 세포 내부의 산성도를 정밀하게 측정하는 방법이 전무했는데 김 교수팀이 개발한 센서를 이용하면 생체 조직의 산성도를 0.1 단위 이하로 분석할 수 있다.
실제 김 교수팀은 세포 내 소기관인 리소좀의 산성도 변화(pH 4.5~6.5)를 실시간 동영상으로 관찰하는데 성공했다(사진A). 리소좀은 세포의 내식작용과 손상된 세포의 잔해나 불필요한 물질을 제거하는 역할을 하는 세포 소기관이다. 리소좀의 활성과 산성도 변화는 많은 학계의 관심을 받고 있었으나 이를 직접 관찰한 사례는 없었다. 또한 살아있는 쥐의 뇌조직의 산성도 분포를 제시하고 특정 위치에 산성도가 높은 것도 밝혀내는데 성공했다(사진B). 이처럼 김 교수팀이 개발한 센서를 이용하면 산성도 변화의 탐지와 관찰이 가능해 아직 밝혀지지 않은 생명현상이나 질병의 근원을 밝히는데 큰 도움을 받을 수 있을 것으로 보인다.
김환명 교수는 “형광분자센서의 개발로 살아있는 세포와 조직 내부에서 진행되는 다양한 생명현상을 관찰할 수 있게 됐다”며 “세포를 구성하는 분자단위의 기능 이상에서 질병이 시작되기 때문에 질병의 경로를 잡고 조기 진단을 내리는데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자 지원사업(전략연구)과 중점연구소 지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 화학분야 권위지인 ‘저널 오브 아메리칸 케미컬 소사이어티(Journal of the American Chemical Society)’ 11월27일호에 실렸다.