나노 의학

의료연구 분야의 이 최신 '대세 기술' 은 믿을 수 없을 정도로 작다. 나노 의학의 세계에서는 약의 크기가 1m 의10억분의1정도로미세한데,이는가장 작은 모래알보다도 더 작은 크기다.

나노의학이란 광범위한 응용분야를 아울러 사용되고 있는 용어로, 제약분야로 부터 초 소형 의료용 로봇에 이르기까지 다양하다. 이러한로봇의역할은특정장기의현재상 황을 진단하기 위해 체내로 들어가거나, 종 양을 제거하고 심장마비의 원인이 되는 혈 액내 찌꺼기를 혈관을 돌아다니며 제거하는 등 다양한다.

오미드 파로크자드(Omid Farokhzad) 나노 의학및바이오소재연구소장은"이제맞춤 의학의 시대에 들어섰다"며, "곧, 훨씬 더 많 은특이표적작용제를접하게될것인데, 이들은너무똑똑해서몸안을두루돌아다 니면서 질병을 찾고 적절한 시기에 치료법 을 제시할 것"이라고 설명했다.

나노의학의잠재적이점덕분에수십개에 이르는 새로운 헬스케어 스타트업 기업이 탄생했는데, 이런 기업들은 대학 연구소에 의해 만들어지고 벤처캐피탈의 지원을 받는 경우가 보통이다. 혹자는이부문이재조합DNA와같은생물 학적 자원으로 블록버스터급 의약품을 만들 고 있고, 헬스케어 산업에 종사하는 정보 기 술 서비스 업체인 IMS Health에 따르면 2,000억 달러 규모의 산업을 창출하는 결과 를초래한생물학적혁명에필적할수있으 리라 예상하고 있다. 

미세한것의힘

작은것이더좋은이유는무엇인가?암과 같은질병을예로들수있다.현재의치료 법에는 통상적으로 몇 가지 형태의 화학요 법과암세포를공격하는강력한약이사용 되는데, 그런 것들은 일반적으로 체내에 흡 수되기 때문에, 화학요법 약제가 탈모부터 심장 이상까지 반갑지 않은 부작용을 초래 하기도 한다.

한편나노의학은종양만표적으로하기때 문에 다음과 같은 부작용이 없다. 예를 들면, 종양은혈관에1나노미터폭의미세한균열 을만든다.더큰분자를사용하는기존의약 제와는 달리, 크기가 10억분의 1에 지나지 않 는분자로만든약제는그균열을침투해축 적되는데, 이 과정을 'EPR(Enhanced Permeation and Retention)' 효과라고 부른다.

리버풀 대학 화학과 교수이자 영국나노의학 회(British Society for Nanomedicine)의 공 동 설립자인 스티브 래너드(Steve Rannard) 는 "침투력이 강화된 약제가 건강한 조직보 다는종양에더많이축적되고유지력강화 로 오래 머무른다"고 말했다.

래너드교수는스타트업기업세곳을발굴 하는데힘을보탰는데,그중한곳은나노 기술을 이용해 AIDS를 초래하는 HIV를 위한 치료제의 분자 크기를 줄였다. HIV를 지닌 사람은 남은 인생 동안 매일같이 치료제를 복용해야하기때문에복용약의크기를현 격히 줄인다면 삼키기가 더 수월해질 것이 며, 정부나 보험사 입장에서도 약제에 지불 해야하는비용을줄일수있을것이다. 래너드 교수는 환자의 근육 조직에 주입할 수있는훨씬더작은치료제에대한연구를 하고있는데,이약은수주에걸쳐천천히 퍼져나가기 때문에 환자가 약 복용 시간을 지키기가 한결 더 수월해질 것이다.

래너드교수는"알약에대한부담을줄일수 있는 방법을 찾는다면, 나노 의학이 미래에 크게공헌할수있는시대가될것"이라고 설명했다. 

인도에서는 과학자들이 생명의 빌딩 블록이 라할수있는RNA분자를활용하는초미 세폴리머나노의학을이용해결핵을치료 하고있다.2014년인도국민220만명이결 핵에걸렸는데,이수치는전세계사례의 1/5 이상에 해당한다고 뭄바이 ICT 약과학기 술과 조교수인 프라자카타 단데카르 재인 (Prajakata Dandekar Jain)는 말했다.

재인 조교수는 "현재, 결핵균의 생존을 담당 하는단백질을파괴할분자에대해연구중" 이라고 말했다. 나노의약품은 결핵을 유발하 는 벌레인 마이코박테리아 결핵균의 세포 벽을뚫고들어갈수있을만큼작다.한편  재인 조교수 연구실에서는 EPR을 이용한 암 치료법에 대해서도 연구하고 있다.

고속성장분야

나노 의학의 복잡성을 완화하기 위해 화학, 물리학, 생물학, 공학 등 광범위한 분야의 과학자들이 연구 프로젝트에 함께 참여하여 연구 성과의 폭발적 성장에 기여하고 있다.

나노 의학의 복잡성을 완화하기 위해 화학, 물리학, 생물학, 공학 등 광범위한 분야의 과학자들이 연구 프로젝트에 함께 참여하여 연구 성과의 폭발적 성장에 기여하고 있다.

Brigham and Women's Hospital의 파로크 자드소장은주사제를입으로복용할수있 는형태로바꿀수만있다면나노의약품은 그 혁신성을 증명해 보이는 셈이라고 말했 다.문제는최신바이오의약품에대부분함 유된단백질이소화계를지날수가없어환 자에게 주사로 약을 주입할 수밖에 없다는 점이다. 하지만 사람들은 대부분 큰 주사바 늘에 찔리는 것을 싫어하기 때문에 규정을 준수하기가 어려운 실정이다.

파로크자드 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 수유영아들이 모유에서 인간 항체를 어떻게 흡수하는지에 대해 연구했다. 이 메 커니즘을 파헤치기 위한 초기 시도에서 실 패한후,파로크자드소장은자신의팀이거 의항상주사로투입하던인슐린분자수천 개를나노입자하나에밀어넣었기때문에 소화기관에 손쉽게 흡수될 것이라고 말했다. 파로크자드 소장은 "실로 놀라운 결과를 얻 었다"며, 종국의 경구 인슐린 치료의 발판을  마련한 셈이라고 설명했다.

파로크자드 연구팀은 다른 나노 의약품이 암세포를표적으로삼는것처럼비만퇴치 를위해지방조직을공격하는나노입자를 만들었다. 이 나노 입자들은 지방을 파괴하 는대신새로운혈관형성을촉진해지방이 저장되는 백색 지방 조직을 에너지를 태우 는 '좋은 지방'인 갈색 지방 조직으로 변화하 는 것을 돕는다. 이 치료를 받은 쥐의 체중 이10%빠진것을보면만성비만자들에게 희망을 준 셈이다.

이 지방 처치법에서는 EPR 방법을 이용하 는대신표적분자로특수부호화된폴리머 를 사용했는데, 이런 분자들이 체내 어디에 서나볼수있는단백질이아니라지방조 직을둘러싸고있는혈관내단백질과결합 하는 것이다. 파로크자드 소장은 "마치 자동 차에서 GPS 시스템이 길을 찾는 것과 같다" 고 말했다.

약이외의나노의학

나노입자가제약에만기여할수있는것은 아니다. 새롭게 알아낸 한 치료법은 환자에 게 SPION(초상자성 산화철 나노입자)이라고 하는 초미세 입자를 주입하는 것이다. 자성 체를 이용한 SPION은 발견한 종양과 같은 체내의 특정 위치로 전달되는데, 해당 위치 에 도착하면 자기력이 발생해 SPION을 발 열시켜종양을죽인다.래너드교수는이프 로세스의최대장점은열이종양안에국한 되어 다른 신체 부위는 손상시키지 않는다 는 것이라고 말했다.

금 나노입자를 활용한 이와 유사한 치료도 시도되었는데, 금도 비슷한 발열 효과가 있 기 때문이다. 하지만, 과학자들은 자성체를 이용하는 대신 자외선 레이저로 금 나노입 자를 발열해 피부 속으로 스며들게 만든다. 발열된 나노입자들은 부작용 없이 종양을 파괴한다.

나노입자는 비침습적 진단 영상 촬영용으로 도 활용할 수 있다. 예를 들면, SPION을 활 용해 종양과 주위의 조직에서 혈관이 어떻 게 발달했는지 보여줄 수 있는데, 그러면 의 사들이 최선의 치료법을 결정하는데 큰 도 움이 될 것이다.

또 다른 응용 기술은 사물 인터넷(IoT) 기술 과 나노입자를 연계하는 것인데 이 프로세스 는 "스마트 더스트"라고 부른다. 일례로, 캘리 포니아 레드우드 시티에 본사를 두고 있는 기술업체 Proteus Digital Health는 이미 Proteus Discover라고 하는 패키지를 판매 하고있다.이패키지에는모래알크기의섭 취불가한센서가1개들어있는데이센서가 복부에 도달하면 수집한 데이터를 초소형 스 킨패치로전송한다.또다른응용분야에서 는이센서를초소형약캡슐에부착해환자 가처방에따라약을복용할때보건의료전 문가에게 이를 알리도록 하는 경우도 있다.

다음은 나노외과 차례인가?

다양한응용분야가속출하면서훨씬더환 상적인 치료법이 연구되고 있다. 예를 들면, 과학자들은 빛이나 자성으로 조종할 수 있 는나노크기로봇을개발했는데,이런로봇 은동맥플라크를제거하는등특정임무를 수행할 수 있으리라 기대된다. 하지만, 이런 기술이 현실이 되기까지는 아직 많은 시간 을 기다려야 할 것이다.

파로크자드 소장은 "현재로선 이런 기술들이 믿기지않겠지만몇십년만지나도기본적 인 응용 기술이 되어 있을 것"이라며, "이미 나노의학이 환자들에게 불러올 수 있는 실 질적인 이점이 나타나고 있다"고 말했다.

보다 자세한 정보는
http://3ds.one/nanomed