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몸속 칼륨·아연, 초음파로 들여다본다

UNIST김건 교수·美 연구팀

DNA센서 활성화 기술 통해

체내 금속이온 진단 길 열어

김건 울산과학기술원(UNIST) 도시환경공학과 교수




울산과학기술원(UNIST)이 초음파로 아연·칼슘과 같은 체내 금속이온을 직접 들여다볼 수 있는 진단 기술을 개발했다.

13일 UNIST에 따르면 김건 도시환경공학과 교수 연구팀은 미국 텍사스대·일리노이대 연구진과 함께 초음파의 열로 DNA 센서를 활성화해 생체 내 금속이온을 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다. 활성화된 DNA 센서가 금속이온을 감지하면서 형광이 나타나 금속이온을 눈으로 확인할 수 있는 방식이다.

연구팀은 “이 기술로 단일 세포 수준에서뿐만 아니라 실제 살아 있는 쥐의 옆구리에서 아연 이온을 감지하는 데 성공했다”며 “다양한 진단 기술 개발, 체내 금속이온의 역할을 규명하는 연구 등에 도움이 될 것”이라고 설명했다.

DNA 센서는 유전물질로 알려진 DNA를 변형해 만든 인공 물질로 생체 친화적 의료 진단 플랫폼 등으로 주목받는 물질이다. 기존에는 DNA 센서를 광학 레이저 등을 이용해 활성화했는데 레이저가 피부나 근육 속을 깊숙이 투과하지 못해 응용에 제약이 있었다.



초음파-DNA 센서


이에 연구팀은 초음파 시스템을 개발해 이 같은 기술적 한계를 극복했다.

긴 작동 시간 특정 온도(43도)로 유지할 수 있도록 초음파의 열에너지를 정밀하게 조절하는 기술을 적용했다. 온도가 너무 낮으면 센서가 충분히 활성화되지 않아 금속이온 감지 민감도가 떨어지고 너무 높으면 살아 있는 동물의 조직이 손상되기 때문이다.

실제 살아 있는 쥐의 옆구리에 DNA 센서를 주입한 뒤 30분 동안 초음파 처리를 했을 때 초음파 처리를 하지 않은 부위보다 강하게 형광 발색이 나타남을 확인했다. 초음파의 뛰어난 DNA 센서 활성화 기능을 입증한 것이다.

김 교수는 “초음파 기술이 기존 광역동 치료, 영상 이미지뿐만 아니라 체내 특정 성분 감지, 약물 전달을 위한 나노 입자 활성화 등으로까지 쓸 수 있다는 사실을 보여준 연구”라고 설명했다. 연구 결과는 최상위 화학 학술지인 미국화학회지(JACS)에 지난달 19일 자로 게재됐다. 연구 수행은 미국국립보건원과 UNIST 신임 교원 정착 과제의 지원을 받아 이뤄졌다.
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