광-화학 치료에 응용될 수 있는 바이오-무기 나노하이브리드: 최근 연구 동향

[사무국]

화학·화공·섬유 분과 최진호

  이중층 수산화물(layered double hydroxide)과 같은 점토 기반 나노 재료(clay-based nanoparticle)로 부터 합성된 바이오-무기 나노 하이브리드(bio-inorganic nanohybrid)는 생체재료 분야에서 광범위하게 연구되어 왔으며 현재 약물 전달(drug delivery) 및 바이오 이미징(bio imaging) 분야에 많이 응용되고 있다. 

  최근 연구는 위에 언급했던 2차원 무기 재료가 다양한 광활성 생체분자와 하이브리드되어 광열 치료 (photothermal therapy), 광역학 치료(photodynamic therapy), 자기 온열 요법(magneto hyperthermia) 혹은 이러한 치료 방법을 조합하여 치료하는 광/화학 요법(photo/chemotherapy)에 활용될 수 있으며, 이러한 방법을 통해 수술이나 방사선만으로는 치료가 쉽치 않은 환자들에게 최상의 치료를 제공할 수 있게 될 것이라고 확신한다 (그림 1). 특히 새로운 2차원 점토 기반 바이오-무기 나노 하이브리드는 뛰어난 광 안정성과 약물 방출 제어 기능이 있어 광 치료 효과를 향상할 수 있다. 

  2차원 무기 나노입자 가운데 음이온성 점토로 알려진 이중층 수산화물(layered double hydroxide, LDH)은 [MII1-xMIIIx(OH)2]x+[An-x/n]x-·yH2O (M:금속, A:음이온)의 화학식을 가진다. 중성 Brucite 구조를 갖는 MII(OH)2 층에서 2가 금속 양이온(MII)을 3가 양이온(MIII)으로 치환하게 되면 수산화물 층에 양이온 전하가 생성된다. 이때 전체 LDH 구조에서 양(+)의 층전하를 보상하기 위하여 2차원 층간 공간에 음이온(An-)을 삽입함으로써 LDH 전체 격자의 전하 중성화 조건을 만족하게 된다.

  LDH와 같은 2차원 나노입자의 가장 큰 장점은 대부분의 다른 나노 물질에 비하여 상대적으로 높은 용량에서도 독성이 매우 낮다는 점이다. 또한, 분해된 산물은 대부분의 광 작용제와 비교할 때 생체 적합성 및 생분해성의 특징을 가지고 있다. 아울러 증식, 분화 및 재생 등과 같은 여러 세포 메커니즘에서 LDH 기반 나노 입자의 잠재적 효과를 입증하는 연구 결과들이 계속 보고되고 있다. LDH와 같은 나노입자를 제약 분야에 응용하기 위해 가장 먼저 고려해야 할 것은 안전성과 개발비용이다. 그러나 LDH를 기반으로 한 광 의약품은 잠재성이 있어 향후 수년간 가장 경제성 있는 광제재가 될 수 있다고 판단된다. 그럼에도 불구하고 아직도 많은 현실적 장벽이 있어 실제 의약품으로 개발하기 위해서는 많은 주의를 요한다. 예를 들면, LDH 나노입자 자체는 독성이 매우 낮지만 새로운 LDH 기반 하이브리드 물질의 독성은 새롭게 연구되어야만 한다. 그리고 그의 임상 적용 가능성도 철저히 조사되어야만 한다. 또한, 새로운 LDH 기반 나노하이브리드의 생체 적합성을 향상하기 위해 새롭게 표면을 기능화하는 방법들도 모색해야 할 것이다. 우리는 LDH 기반 바이오 나노하이브리드가 가지는 우수한 생체 적합성과 쉬운 기능화로 앞으로의 발전된 암 치료를 가능하게 하고 나아가 미래의 광의학 연구의 문이 열리기를 기대한다.

<그림 > 광/화학 요법(photo/chemotherapy, PCT)을 위한 새로운 2차원 바이오-무기 나노하이브리드의 전략