원자력연, 난치병 진단 바이오소재 규명

한국원자력연구원이 원자력 기술을 활용해 난치병을 진단하는 바이오소재 작용원리를 규명했다.

원자력연은 1일 환경안전평가연구부 정일래 박사가 전북대, 연세대, (주)서린바이오사이언스 및 미국 오크리지국립연구소와 공동연구를 통해 유망 바이오소재인 ‘DNA 은나노클러스터’ 센서 작용 원리를 규명했다고 밝혔다.

DNA 은나노클러스터는 강력한 형광을 발산할 수 있는 신소재로 환자 체내의 DNA, RNA 등의 생체물질을 검출해 암, 치매 등 난치성 질환을 진단하는 바이오소재로 활용되고 있다.

그동안 이 형광 발색이 어떤 원리로 이뤄지는지 연구가 미미했는데, 공동 연구팀은 이번 연구를 통해 DNA 은나노클러스터의 형광 발색 원리를 규명해냈다.

연구진에 따르면 일반적으로 DNA는 형광을 띠고 있지 않지만, 은나노클러스터가 결합하면 독특한 적색, 청색, 오렌지색 등 다양한 형광을 띤다.

연구진은 5년에 걸친 연구 끝에, 마주 보는 두 개의 머리핀 구조(hairpin)의 DNA가 마주 보는 결합 구조(head-to-head dimer structure)를 형성할 때 결합한 은나노센서가 강력한 오렌지색 형광을 띠게 된다는 사실을 발견했다.

이번 성과는 ‘양자빔 소각산란’ 기술을 활용해 나노 영역의 DNA를 관찰 할 수 있었기 때문으로 연구진은 보고 있다.

소각산란기법은 그 궤적의 각도가 매우 작은 영역을 측정함으로써 현미경으로도 볼 수 없는 작은 나노 크기의 입자를 관찰할 수 있도록 해주는 기법이다.

연구진은 한국원자력연구원 내의 소각산란 시설을 사용해 DNA와 은나노클러스터의 결합 구조를 관찰했고, 이 구조와 형광 발현 패턴의 상관관계를 규명해낼 수 있었다.

정일래 박사는 “연구원의 원자력 기술을 활용해 바이오소재의 구조와 작용 원리를 규명했다는 점에서 의미가 있다”며 “앞으로 바이오 분야에서 원자력 기술의 활용 폭을 확장 시킨다면, 생물 구조 분석 연구에 큰 진전이 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 나노과학 및 재료과학 분야 상위 1% 수준 세계적 권위지 ‘ACS NANO(IF=14.59)’ 온라인판에 게재됐으며 향후 출판본에도 실릴 예정이다.