고려대, 생체투과성 빛을 이용한 대식세포 원격면역 조절 시스템 세계 최초 개발

환자 맞춤형 면역제어 치료 통해 건강한 사회에 한걸음 다가간다!

▲ (상단 왼쪽부터 시계방향) 김유리 신소재공학과 석박사통합과정생(제1저자), 김종승 화학과 교수(공저자), 장호성 KIST 박사(공저자), 강희민 신소재공학부 교수(교신저자), 김세훈 KU-KIST융합대학원 교수(교신저자), 김용주 KU-KIST융합대학원 교수(공저자) (사진=고려대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 생체재료의 표면 위에서 기존의 한계점을 극복한 빛에 의해 조절되는 마이크로젤과 상향변환 나노입자를 통한 원격면역 제어 기술이 세계 최초로 개발됐다.

고려대학교(총장 정진택) 신소재공학부 강희민 교수(교신저자) 연구팀과 한국과학기술연구원 김세훈 교수(교신저자)가 주도한 이번 연구는 재료공학분야 세계 정상급 국제학술지Advanced Materials(IF: 32.086) 10월 21일자 표지논문으로 게재됐다. (논문명 : Reversible Control of Photoswitchable Microgel for Dynamic Macrophage Regulation)

▲ 체내투과성 광원을 이용한 가역적인 원격제어 마이크로젤 시스템의 모식도

김유리 석박사통합과정생(제1저자, 신소재공학과) 주도하에 진행된 이번 연구에서는 자외선과 가시광선에 의해 구조가 변화하는 광학이성질체를 합성하고, 세포부착성 리간드가 결합된 고분자와 정전기적 인력으로 마이크로젤을 형성했다. 또한, 외부 적외선 광원에 의하여 자외선의 발광을 지배적으로 하는 상향변환 나노입자를 합성하고 이를 기판에 균일하게 분산시켜 상향변환 나노입자가 분산되어진 소재의 표면 위에서, 마이크로젤의 적외선을 이용한 팽창과 가시광선으로 인한 수축과 팽창을 통한 크기 차이로 세포 부착성 리간드의 노출도를 제어할 수 있고, 물의 흡수에 따른, 내부의 소분자들의 방출에 따라 면역세포인 대식세포의 체내외 부착과 염증성/재생성 분극화를 제어할 수 있음을 확인했다.

이러한 자외선 발광을 지배적으로 하는 상향변환 나노입자와 정전기적 인력으로 형성된 세포부착성 리간드-결합 마이크로젤을 외부 빛을 이용한, 자외선을 사용하지 않고 기존의 방법에 비해서 낮은 세기의 적외선/가시광선으로 팽창과 수축을 가역적으로 조절하여 대식세포의 거동을 세계 최초로 원격제어하여 면역 반응을 조절할 수 있음을 확인했다.

이번 연구에서 개발된 마이크로젤은 빛으로 대식세포의 재생성/항염증성 분극화를 원격으로 자극할 수 있게 되어 빛을 통한 새로운 원격 재생성 치료기술 개발에 활용 가능할 것으로 기대되며 다양한 소재 표면에 적용될 수 있고, 특히 면역 시스템에 관한 연구를 진행했기에, 임플란트와 같은 세계적으로 성장하고 있는 시장에서 활용되어 원천 기술 선점에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

강희민 고려대 교수는 "앞선 연구들은 단일 인자 또는 소수의 인자를 정적으로 제어하는 것에 비하여 이 연구는 광반응을 이용하여 생체투과도가 높은 적외선을 이용한 동적이며 가역적으로 세포의 거동을 제어하는 기술"이라며, 연구의 의미와 발전계획에 대해 "환자 맞춤형 면역제어 치료는 현재 사회에 꼭 필요한 연구라고 생각하며 향후 후속 연구를 통하여 한계점을 극복함으로써 면역 반응의 이해에 대해 한 걸음 더 나아갈 수 있게 되어, 환자 맞춤형 치료를 통한 건강한 사회를 만드는 것이 목표"라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 신진 연구자지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.

▲ 저널 표지