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뇌 질환의 진단 및 치료를 위한 플랫폼으로 활용되는 나노다이아몬드

독일 마인츠대학 (Johannes Gutenberg University)과 울름대학 (University of Ulm)의 연구진은 뇌 진단 및 치료 목적으로 나노다이아몬드를 기반으로 하는 새로운 시스템을 개발했다.

혈뇌 장벽(blood-brain barrier)은 뇌를 선택적으로 보호하는 생리적 경계층이다. 이것은 병원체 또는 독소가 뇌에 침투하는 것을 효과적으로 방지하고 필요한 영양소와 메신저(messenger)를 통과시킨다. 이러한 선택성은 영상 검사를 위한 조영제 또는 약물이 이런 장벽을 넘을 수 없게 함으로써 뇌를 검사하거나 치료하기 어렵게 만든다.

백만 분의 1m의 크기를 가지는 나노다이아몬드는 높은 생체 적합성을 가지고 있다. 즉, 진단 및 치료 목적으로 이용할 때 신체에서 분해되지 않고 높은 내약성을 가지고 있다.

이번 연구진은 다음과 같은 두 가지 방식으로 다이아몬드를 변형시켰다. 첫 번째는 사람 혈액에서 가장 풍부한 단백질인 “혈청 알부민(serum albumin)”을 기반으로 하는 바이오 폴리머 코팅을 함으로써 다이아몬드가 뇌에 흡수되고 약물과 결합될 수 있게 했다. 다이아몬드는 화학적으로 반응하지 않기 때문에 약물 분자와 결합하기가 어렵다. 그러나 표면에 알부민 코팅을 함으로써 거의 모든 약물과 결합할 수 있었다.

두 번째는 다이아몬드 속의 탄소 원자를 질소 원자로 대체함으로써 결함이 있는 다이아몬드를 구현했다. 즉, 대체된 질소 원자 옆에 빈 공간이 있는 결정을 만들었다. 다이아몬드는 일반적으로 매우 깨끗하고 이상적으로 빛을 쉽게 통과할 수 있다. 이번 연구진은 격자 구조를 변화시킴으로써 레이저 빔 또는 자기공명 단층 촬영기로 다이아몬드를 감지할 수 있는 결함을 생성시켰다.

알부민이 코팅된 나노다이아몬드 시스템이 혈뇌 장벽을 통과할 수 있는지를 실험했고, 실험은 성공적으로 끝났다. 그 후에, 쥐를 이용한 생체 실험을 통해서 나노다이아몬드 시스템이 혈뇌 장벽을 공격하지 않으면서 효과적으로 뇌로 보낼 수 있다는 것을 증명했다.

새롭게 개발된 시스템은 치료 대상자를 위한 진단 및 치료가 가능하게 한다. 예를 들어, 다이아몬드 표면을 변형시킴으로써 뇌의 특정 세포 유형에만 약물을 공급해서 종양을 치료할 수 있을 것이다. 또한 이 시스템은 신경 퇴행성 질환 및 뇌종양과 같은 뇌 질환의 진단 및 치료에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 발광 다이아몬드와 바이오 폴리머를 결합함으로써 높은 생체 적합성, 긴 안정성, 다양한 약물과 간단한 조합 등의 다양한 장점을 가진 시스템을 개발하는데 적용될 수 있을 것이다.

관련연구자: Pierpaolo Moscariello

관련기관: Johannes Gutenberg University

본문키워드(한글): 나노다이아몬드, 뇌 질환, 치료, 진단

본문키워드(영문): nanodiamond, brain disease, therapy, diagnosis

국가: 독일

원문출판일: 2019-08-29

출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=53507.php