실리콘-금 나노입자를 이용한 암진단용 자기공명영상 프로브 개발

Abstract

암은 지속적인 진단 기술 및 치료 기술의 발전에도 불구하고 국내 질병으로 인한 사망 요인 중 큰 비중을 차지하고 있다. 또한 기존의 암 치료 방법으로는 암조직의 제거, 항암치료, 방사능 치료 등이 있으나 수술은 접근성의 한계가 있으며 항암치료는 부작용을 낳을 수 있다는 점, 방사능 치료는 정상조직 파괴 등의 한계점을 가진다. 따라서 최근 강한 광 흡수 매개체를 암이 존재하는 부위에 국지적으로 주입하고 암 조직에만 선택적으로 열 치료를 하여 정상조직에는 최소한의 피해가 가도록 하는 광열치료가 차세대 치료방법으로 각광을 받고 있다.

금 나노입자는 외부에서 레이저 빛을 가했을 때 열을 발생시키는 특징을 가지고 있기 때문에 오래전부터 암 치료를 위한 광열치료에 이용되었다. 또한 유기물이 금 나노입자 표면에 흡착시킬 경우 유기물의 라만 신호가 증폭되는 표면 증강 라만 산란(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) 효과가 나타나게 된다. 이 SERS 효과를 활용하여 특정 암과 특이적 결합을 할 수 있는 물질과 Raman signal을 나타내는 물질을 금 나노입자 표면에 개질시키고 혈관내 주입한 후, 암 부근에서 이들의 SERS 신호를 감지함으로써 암의 진단여부를 판단할 수 있다.

자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 비침습적이고 비파괴적일 뿐 아니라 X-ray 촬영 시 확인 불가능했던 부분을 관찰할 수 있게 해주기 때문에 최근 암의 조기진단에 가장 많이 이용되고 있다. 하지만 MRI 조영제로서 주로 사용하는 가돌리늄은 구토, 혈관부종, 호흡곤란 등의 상당한 부작용을 일으킬 수 있다. 이에 생체친화적인 실리콘이 가돌리늄 대체품으로써 많은 관심을 받고 있다. 또한 실리콘 나노입자의 경우 초분극 기술 중 하나인 동적 핵 분극(Dynamic Nuclear Polarization, DNP) 현상에 의해 증폭된 신호를 낼 수 있기 때문에 획기적으로 영상 신호를 증가 시킬 수 있으며, 표면 기공을 통한 약물 전달이 가능하다.

따라서 본 연구에서는 암 질병의 조기 진단 및 효과적인 치료를 위한 초분극 기술 기반의 다목적 테라그노시스 영상 프로브를 개발하고자, 금-실리콘 코어-쉘 나노입자를 합성하였다. 금 나노입자를 활용한 SERS와 광열치료, 실리콘 나노입자를 활용한 MRI와 약물 전달이 모두 가능한 다기능성 실리콘-금 나노입자를 개발하고자 한 것이다.

이를 위해, 금 나노입자를 실리카(SiO2)로 코팅하고, 마그네슘 환원법을 이용하여 실리카 쉘을 실리콘으로 환원시켰다. 이때 온전한 형태를 지니면서, 실리콘 함량이 높은 입자를 합성하기 위한 환원조건을 XRD, SEM, TEM, Solid state NMR 분석을 통해 밝혔으며, 라만 리포터로써 Bebzenethiol을 사용하여 합성한 입자의 SERS 효과를 확인하였다.

이와 같이 최적의 조건을 갖는 실리콘-금 나노입자를 합성하였고, 다양한 분석 장비를 활용하여 합성한 입자의 표면 및 성분, 이미징 효율 등을 평가하였다. 본 연구에서 개발된 실리콘-금 나노입자는 듀얼 이미징과 듀얼 테라피가 가능하기 때문에 다양한 분야에서 활용이 될 수 있을 것이라 판단한다.