2월 과학기술인상, 서울대학교 박경표 교수 선정

- 세륨-망간 산화물 나노입자의 방사선보호 메커니즘 규명
- 방사선 피폭 시 활성산소 제거하는 방사선 보호제 개발

과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 노정혜, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 2월 수상자로 서울대학교 치의학대학원 박경표 교수를 선정했다고 지난달 3일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구 개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 박경표 교수가 고선량 방사선으로부터 전신을 보호하는 나노입자 보호제를 개발하여 국민 건강 증진과 기초의과학 발전에 기여한 공로를 높게 평가했다고 밝혔다.
  방사선은 CT촬용, 반도체 검사, 공항 보안검색과 식료품 원료선별 등 일상생활에서 다양한 목적으로 활용되지만, 오남용 및 부주의한 사용 시 피폭으로 인한 안전사고 발생의 위험이 있다. 특히 세계적으로 항암 치료 및 진단 등 의료분야의 방사선 이용이 증가하면서, 피폭 부작용을 줄일 수 있는 약제 개발 경쟁이 치열한 상황이다. 기준치 이상의 방사선을 쬐면 세포 내 물 분자가 분해되며 과량의 활성산소를 생성한다. 활성산소는 세포 내 소기관들을 산화시켜 기능을 상실케 하고, 심한 경우 죽음에 이르게 한다. 활성산소를 빠르게 제거하여 체내 손상을 줄이는 방사선 보호제 중 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 제품은 아미포스틴이 유일하다. 하지만 방사선 치료 시 타액선 보호용으로만 제한적으로 사용되고, 독성 등 부작용으로 다른 용도로 활용하기 어려운 실정이다.
  박경표 교수는 전신에 사용 가능한 방사선 보호제 개발을 위해 활성산소 제거 효과가 뛰어난 세륨-망간 산화물에 주목하고, 체내 독성 및 안정성 문제를 해결할 새로운 형태의 나노입자를 제작하고, 사람의 줄기세포로 만든 인공장기를 이용한 유전자분석을 통해 세륨-망간 산화물 나노입자의 방사선보호 메커니즘을 규명하였다.
  또한, 실험용 쥐에 아미포스틴 권장 투약량의 360분의 1에 불과한 극소량의 나노입자를 투약한 결과 방사선으로 인한 DNA 손상, 세포자살, 스트레스 등의 부작용이 획기적으로 개선되고, 세포 재생 관련 유전자 발현도 증가하였다. 연구결과는 2020년 8월 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)에 표지논문으로 실렸다. 
  박경표 교수는 “이번 연구는 의학 뿐 아니라, 산업, 군사적 분야에서 방사선 피폭으로부터 광범위하게 인체를 보호할 수 있는 방사선  보호제 개발의 단초를 마련한 데 의의가 있다”라며 “후속연구를 통해 세륨-망간 산화물 나노입자가 방사선 보호제 외에도, 다양하게 인체에 적용될 수 있는 가능성을 모색하겠다”고 밝혔다. 

[주요 연구성과 설명]

 <세륨-망간 산화물 나노입자 방사선보호제 개발>

그림 1. 방사선 피폭으로부터 인체를 보호하는 세륨-망간 산화물 나노입자 방사선보호제 개발
방사선으로 인해 생성된 활성산소는 세포 내의 다양한 소기관을 산화시켜 그 기능을 상실케 하고 결국 세포를 죽음에 이르게 한다. 때문에 체내에서 생성된 활성산소를 얼마나 효과적으로 제거할 수 있느냐가 방사선 보호제의 핵심목표이다. 세륨 산화물 나노입자 위에 망간 산화물 나노입자를 형성시켰을 때 세륨과 망간의 격자 불일치로 망간 산화물 나노입자 표면에 에피텍시얼 스트레인이 형성되었고 이렇게 합성된 세륨-망간 산화물 나노입자의 항산화 효과는 매우 뛰어났다. 이후 동물실험 및 인간 오가노이드 모델을 이용하여 세륨-망간 산화물 나노입자의 방사선보호 메커니즘을 규명하였다.

그림 2. 쥐 모델에서 합성나노입자의 방사선보호효과 확인: FDA 승인된 아미포스틴(Amifsotine)과  방사선 보호 효과 비교.(본 연구결과: CeO₂/Mn₃O₄) 
현재 가장 효과적인 임상 방사선 보호제로 알려진 아미포스틴(Amifostine) 권장 투약량의 1/360 수준의 매우 적은 양의 합성나노입자를 쥐에 투여한 후 치사율 100%의 고선량(13Gy) 방사선에 노출한 결과 무려 66%가 생존하였다. 이는 아미포스틴보다 약 3.3배 높은 생존율이다(그림 a). 쥐의 조혈장기(정강이뼈: b)와 위장기관(소장: c)을 채취하여 조직학적 특성을 관찰한 결과 합성 나노입자를 투여한 군에서 장기 손상이 줄어들었고 활발하게 장기재생이 유도되고 있음이 확인되었다(그림 b, c).

-----이하 생략

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2021년 3월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>