인천대학교 생명공학부 나노바이오전공 심민석 교수 연구팀이 가천대학교 신소재공학과 이태일 교수 연구팀과 함께 압전 나노 소재 기반의 초음파 유도 압전역학 치료법 (piezodynamic therapy)과 대사 항암 치료법이 접목된 새로운 항암 치료 기술을 세계 최초로 제안하고, 이를 구현하기 위해 해당과정 억제제가 탑재된 이황화텅스텐 나노시트 (WS2 nanosheet)를 개발했다. 연구 결과는 첨단 재료 분야의 최상위 저널인 Advanced Materials 저널의 최신호(2023년 5월 4일)에 게재됐으며, 해당 이슈의 표지 논문 (Frontispiece Cover)으로 선정되었다.

 광감각제가 특정 파장대의 빛을 받아 활성산소를 발생시켜 암세포를 제거하는 광역학 치료법은 표적 부위에만 빛을 조사하여 선택적으로 암세포를 제거할 수 있기에 기존의 화학요법에 비해 부작용이 훨씬 적은 차세대 암치료 기술로 많은 주목을 받았다. 그러나 광원의 생체 내 투과 깊이의 한계로 인해 다양한 부위의 암을 치료하는데 한계가 있었다. 

 연구팀은 기존 광역학 치료의 한계를 극복하며 종양 치료 효율의 극대화를 위해 초음파에 의해 활성산소를 발생시킬 수 있으며 동시에 암세포의 에너지 대사를 차단하는 해당과정 억제제가 탑재된 이황화텅스텐 나노시트를 개발하였다. 압전 소재인 이황화텅스텐 나노시트에 초음파를 조사하면 압전 촉매 효과에 의해 나노시트 표면에서 산화-환원 반응이 일어나게 되고 주변의 물과 산소로부터 활성산소를 발생시켜 암세포 사멸을 유도하게 된다. 

 연구팀은 이황화텅스텐 나노시트 기반의 초음파 유도 압전역학 치료법에 암세포의 해당과정 억제를 통한 에너지 대사 차단 기술을 접목하여 암세포 사멸 효과를 극대화했다. 해당과정 억제제가 탑재된 이황화텅스텐 나노시트를 마우스 종양 모델에 투여한 후 종양 부위에 초음파를 조사한 결과, 종양의 크기가 현저하게 감소했으며 특별한 전신 독성도 발견되지 않았다. 또한 이황화텅스텐 나노시트는 컴퓨터 단층촬영 (CT)이 가능하여 마우스 종양 모델에서 이황화텅스텐 나노시트가 효율적으로 종양 내에 축적된 것을 관찰할 수 있었다. 

 심민석 교수는 “해당과정 억제제가 탑재된 이황화텅스텐 나노시트와 초음파를 이용하여 부작용 없이 다양한 부위의 종양을 선택적으로 치료할 수 있는 새로운 항암 치료 기술을 개발했다”며 “향후 다양한 항암제들과 시너지 효과를 창출할 수 있는 플랫폼 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 (중견연구, 기초연구실)과 한국산업기술평가관리원 (나노융합혁신제품기술개발사업)의 지원으로 수행되었으며 Quan Truong Hoang, Kim Anh Huynh, Thuy Giang Nguyen Cao 학생이 공동1저자로 참여하였다.

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