입력 2025.07.03 09:49
- DNA 기반 유기-무기 하이브리드 나노입자 개발
- 세계적 권위의 나노과학 학술지‘Small Methods’ 표지 논문 선정
연세대학교(총장 윤동섭) 생명공학과 노영훈 교수 연구팀이 약물 전달과 바이오 센싱 등에 활용할 수 있는 ‘DNA 기반 유기-무기 하이브리드 나노입자’를 개발했다.
연구 결과는 국제 나노과학 분야의 권위 있는 학술지 '스몰 메소드(Small Methods)' 6월 호에 게재됐으며, 연구의 독창성과 우수성을 인정받아 표지 논문으로도 선정됐다.
이번 연구는 항암 치료를 위한 새로운 방식의 유기-무기 하이브리드 나노입자를 개발하고, 그 기능적 성질을 분석하는 데 중점을 뒀다. 연구팀은 회전환복제기작(Rolling Circle Amplification, RCA)을 기반으로 만들어진 고분자 DNA 나노구조체와 금 나노입자를 결합한 하이브리드 나노복합체를 개발해, 고분자 DNA의 암 표적 기능과 금 나노입자의 광학적 성질을 동시에 갖는 기능성을 검증했다.
RCA는 약물 전달과 바이오센싱 등 다양한 분야에 응용되는 핵산 공학의 핵심 기술로, 이 과정을 통해 만들어지는 DNA-피로인산(Magnesium Pyrophosphate, MgPPi) 마이크로하이브리드는 높은 생체 안정성과 구조 제어 측면에서 주목받아 왔다. 그러나 수 마이크로미터 크기의 입자와 생체 내 기능성이 없는 피로인산염 결정이 포함돼 있다는 점에서 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 개선하기 위해 금, 백금, 은, 구리 등 다양한 환원성 금속 이온을 활용해 피로인산 결정 구조를 분해하고, 입자 크기를 획기적으로 줄여 고분자 DNA와 금속 입자가 결합한 새로운 형태의 나노하이브리드 합성법을 개발했다. 이 과정을 통해 입자 크기를 기존보다 약 15배 작게 줄여 약 200나노미터 수준으로 만들었으며, 금속의 농도와 종류를 조절해 크기와 형태를 세밀하게 조정할 수 있게 됐다.
이어 나노하이브리드의 기능성을 확인하기 위해 암세포를 표적하는 DNA 압타머(Aptamer)를 적용한 실험에서 암세포에 선택적으로 결합하는 결과를 관찰했다. 또한 금 나노입자가 근적외선 빛에 강하게 반응하며 산란 특성을 나타내는 것을 확인했다. 이러한 결과는 이 나노하이브리드가 암세포 표적 치료와 광열 치료에 활용될 수 있는 가능성을 보여주며, 향후 혁신적인 나노 융합 전달 플랫폼으로 발전할 수 있음을 시사한다.
또한 금속이온의 농도, 종류, 조합에 따라 나노입자의 크기와 결정 구조 등 물리화학적 성질을 정밀하게 조절할 수 있어 연구팀은 약물 전달, 바이오센싱, 하이드로겔 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망한다.
노영훈 연세대 교수는 “이번 연구는 기능성을 가진 DNA 생체고분자와 무기 나노입자를 결합해 부작용을 최소화한 새로운 항암 치료법을 제시하는 원천 기술 연구”라며, “aptamer, i-motif, DNAzyme, siRNA, mRNA 등 다양한 핵산 기반 기능성 구조와 약물을 하이브리드 구조에 도입할 수 있어 신개념 질병 치료제 개발이 가능하다“고 말했다.
이어 “이번 연구에 사용된 핵심 융복합 기법은 기능성 DNA 나노구조체 생산 기술과 무기 나노입자 형성 공정 기술을 포함하고 있어, 다양한 의료바이오 및 나노바이오 분야에서 대량생산이 가능한 차세대 고부가가치 산업에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”고 연구의 의의를 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 기본연구 및 박사과정생 연구장려금지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 미국 코넬대학교와의 국제공동연구로 진행됐다. 연세대 김영민 박사가 제1저자로, 남건욱 박사, 김희연 석사, 양경직 박사, 김병수 교수가 공동저자로 참여했으며, 코넬대 댄 루오(Dan Luo) 교수와 연세대 노영훈 교수가 교신저자로 참여했다.
(논문 정보)
1. 논문 제목: Multifunctional DNA-Metal Nanohybrids Derived From DNA-MgPPi Microhybrids by Rolling Circle Amplification
2. 논문 주소: https://doi.org/10.1002/smtd.202401881