동맥 플라크를 검출하는 자기 나노입자

동맥 플라크를 검출하는 자기 나노입자

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-07-04

 

 [그림 1]                                                                             [그림 2]

 

대만 연구진은 자기 나노입자를 사용해서 토끼 내의 아테롬성 동맥 경화 플라크(atherosclerotic plaque)를 검출하거나 표지할 수 있도록 하였다. 자기공명이미징(magnetic resonance imaging, MRI)과 함께 사용된 이 기술은 인간에게도 적용가능할 것이다.

아테롬성 동맥 경화 플라크는 동맥 속의 클레스테롤, 염증 세포와 섬유 조직이 축적되어서 형성된다. 위험 동맥경화반(vulnerable atherosclerotic plaques, VAPs)로 알려진 이런 플라크는 심장이나 뇌의 혈관 흐름을 막아서 심근 경색이나 심장 발작을 일으킬 수 있는 혈병(blood clot, 피떡)을 형성시킨다.

자기 나노입자를 사용해서 생체내의 질병이나 바이러스 등을 검사할 수 있는 연구가 근래에 많이 진행되었다. 그래서 조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)과 에모리 대학(Emory University) 연구진은 자기 나노입자로 되어 있는 구슬로 체내의 바이러스, 단백질 그리고 바이오 마커 등을 검출할 수 있는 기술을 개발하였다(GTB2007020607). 또한 미국 오하이오 연구진은 자기 나노입자를 이용해서 대장균, 탄저균과 다른 유해한 박테리아를 빠르게 검출할 수 있는 방법을 개발하였다(GTB2007110491). 그리고 조지아 공과대학과 에모리 대학 연구진은 과산화수소수의 양을 조절하여 영상과 질병을 진단할 수 있는 나노입자를 제조하였다. 그래서 알츠하이머병, 관절염이나 심장병 같은 다양한 질병을 초기에 진단하는데 응용할 수 있도록 하였다(GTB20077080603). 이번 연구진은 철 산화물로 되어 있는 자기 나노입자를 사용해서 동맥 경화를 일으키는 동맥 플라크를 검출할 수 있도록 하였다.

혈관 조영법(angiography), 혈관 내의 초음파 진단법(intravascular ultrasound), 혈관경(angioscopy) 그리고 광학적 간섭성 단층촬영(optical coherence tomography)과 같은 몇몇 화상진찰 기술은 오늘날 이 플라크를 검출하는데 사용되고 있다. 하지만 이런 방법들은 심장 내의 관상동맥을 확인하는데 어떤 한계를 가지고 있다.

그래서 대만국립대(National Taiwan University)의 연구진은 anti-VCAM-1(anti-vascular cell adhesion molecule-1)로 생체기능화 된 약 45 nm 덱스트란(dextran)으로 코팅된 철 산화물 나노입자를 사용하는 새로운 기술을 개발했다. 이 분자는 VAPs가 형성하기 쉬운 동맥벽을 선택하고 혈소판을 위한 지시자로서 활동한다.

연구진은 고콜레스테롤혈증(hypercholesteremia)을 가진 토끼에 이 나노입자를 주입하여서 테스트했다. 토끼들은 동맥 혈관벽에 VCAM-1 분자로 이루어진 부드러운 플라크를 가졌다. 하루가 지난 후에 토끼 조직을 MRI로 조사하였다. 그 결과 그림에서 보는 것처럼 어두워진 대동맥 벽을 볼 수 있었고 MRI 조사 후에 토끼를 죽여서 염료 착색법을 사용해서 대동맥 벽을 조사하였다.

착색되어진 영역은 MRI 스캔에서 보여준 어두워진 대동맥 부분이었다. 이것은 대동맥 벽에 VCAM-1이 증가되었다는 표시이고 anti-VCAM-1으로 기능화된 자기 나노입자가 안착되었다는 것을 설명한다.

연구진은 anti-VCAM-1으로 생체 기능화된 자기 나노입자를 사용해서 동물 내의 동맥 플라크를 편리하게 검출할 수 있었다. 그래서 향후에는 인간에게도 이 기술이 사용되기를 바라고 있다. 이 연구결과는 Appl. Phys. Lett.에 “Biofunctionalized magnetic nanoparticles for in vitro labeling and in vivo locating specific biomolecules” 제목으로 게재되었다(Appl. Phys. Lett. 92, 142504 (2008); DOI:10.1063/1.2907486).

그림 1. 복부 대동맥의 x100 과 x400 사진. (a) 고콜레스테롤혈증 (b) 푸른색 착색 단면
그림 2. 복부 대동맥을 통해서 본 절단면의 MRI 이미지. (a) 일반 토끼 (b) 고콜레스테롤혈증을 가진 토끼 (c) anti-VCAM-1으로 기능화 된 자기 나노입자를 주입한 일반토끼 (c) anti-VCAM-1으로 기능화 된 자기 나노입자를 주입한 고콜레스테롤혈증을 가진 토끼

출처: 과학기술정보통합서비스