Yonsei Advanced Science Institute

“한국의 나노 연구는 우수하지만 나노의학 측면에서는 더 많은 관심이 필요하다. 화학전공으로 포닥 시절 바이오메디컬분야로 전공을 바꿨다. 이에 문제를 기초과학측면에서 다르게 바라볼 수 있었다. (토론토대) 연구실에는 항공우주엔지니어도 있었다. 그는 연구과정에서 심혈관 분야 의사가 됐다. 나노과학은 여러 분야에서 융합이 가능한 분야다.” – 워렌 첸(Warren Chan) 캐나다 토론토대 교수

“과학자들이 개발한 연구와 기술이 인류에 도움이 되기 위해서는 대학의 역할과 도움이 매우 중요하다. 정부와 연구소 역할도 중요하다. 재정적 기술적 지원 등 적극적 지원이 필요하다.” – 조안나 아이젠버그(Joanna Aizenberg) 미국 하버드대 교수

1일 IBS 나노의학연구단과 미국화학회(ACS)가 주관한 에너지 및 나노물질 연구 콘퍼런스(Nanomaterials for Energy & Life Sciences)가 2일간의 일정을 마무리했다.

첫날인 30일 IBS-ACS 국내 첫 공동 컨퍼런스 관련 기자간담회가 연세대 백양누리 국제회의실에서 열렸다.

간담회는 천진우 IBS 나노의학 연구단장(연세대 교수) 진행으로 조안나 아이젠버그(Joanna Aizenberg) 미국 하버드대 교수, 워렌 첸(Warren Chan) 캐나다 토론토대 교수가 참여했다.

자연모사 재료(Bio-inspired materials) 디자인 분야의 선구자로 알려진 아이젠버그 교수는 ‘나노 규모 생체모방 재료의 설계’를 주제로 자연의 구조를 모방한 나노기술과 그 응용 분야를 소개했다.

그는 “자연은 우리가 해결하지 못한 많은 해결책을 갖고 있다”며 “생물들이 나노 단위에서 어떤 특징을 가지고 재료를 만드는지, 환경에 어떻게 적응한 후 자기 정화 기능을 하고, 최적화하는지 연구하면서 새로운 재료를 개발하고 응용하는 방안을 연구하고 있다”고 밝혔다.

아이젠버그 교수가 개발한 생체모방 나노스케일 물질 가운데 물질 사이 결합하는 고유한 성질을 약하게 하는 소재가 있다. 나노 구조 표면을 코팅하는 기술로 선박에 적용 시 에 달라붙는 해양 생물들이 달라붙지 않는다. 인체의 경우 심혈관질환에 활용하는 스텐트나 치나 임플란트 등에 적용 시 기능을 저해하는 것을 방지 할 수 있다. 나노 입자 활용해 효과적인 촉매를 개발하고 있다

아이젠버그 교수는 이밖에 생체 모방 사례와 관련해 “한 가지 나노입자는 항아리 모양 식충식물에서 영감을 받았다. 식물의 구조를 관찰, 나노 소재 개발에서 구조를 활용하는 방안을 연구하고 있다. 다른 예는 나비 날개구조를 연구다. 나비의 날개 색, 구조 등 나노물질의 어떤 구조가 나비의 날개에 영향을 미치는 지 연구하고 있다”고 말했다.

관련 기술로 4개 회사 설립한 그는 성공적으로 기술을 상용화했다. 나노과학 연구개발과 연구소 기업 운영에 대해 아이젠버그 교수는 기초과학을 이해하는 것이 중요하다고 강조했다. 그녀는 “과학이 매우 중요하다. 연구개발이 가능하게끔 하는 기초과학에 대한 기본적인 이해가 매우 중요하다. 이는 모든 분야에 적용된다. 이를 실제 활용할 수 있는 기술로 개발하기 까지는 간극이 크다. 비용측면에서도 그렇다”고 말했다.

하버드대 BC연구소의 경우 과학과 상업화를 연계할 수 있게 설계됐다. 연구와 상업화에 많은 도움을 받았다. ‘WISS’ 대학 기술을 상업화하는 기구로 과학적 발견과 실제 비즈니스 적용까지는 마케팅 사업개발 등 전문 인력의 다양한 도움이 필요한데 이에 대한 도움을 준다.

암과 전염병의 진단 및 치료를 위한 나노입자를 개발해온 워렌 첸 교수는 ‘나노기술의 의학적 적용’을 주제로 나노입자의 크기와 형태에 따른 세포와의 상호작용 연구 및 암과 전염병 치료 응용방안을 설명했다.

첸 교수는 “약물을 운반할 수 있는 나노 입자를 주입해 표적 암세포 부위만 공격하고, 건강한 세포는 방해하지 않도록 하는 것이 나노 의학기술“이라며 “약물을 몸속에 주입해 표적 질환 부위로만 효과적으로 이동할 수 있게 하기 위해 나노 구조가 어떤 사이즈, 어떤 표면 상태가 효과적인 지를 연구하고 있다”고 말했다.

나노 구조의 크기와 모양 연구에서 중요한 점이 몸 속의 로드맵이다.

그는 “포르쉐를 타고 산을 오르기는 쉽지 않지만 SUV로는 잘 오를 수 있다. 나노 입자 역시 몸속 환경을 잘 이해하는 것…이른바 몸속 버전의 ‘구글맵’을 만드는 연구”라며 “정확히 질병에 맞춘 나노 구조 입자를 선택하고, 표적 질환 부위로 이동할 수 있게 해서 표적 효과성을 높이는 것이 목표”라고 말했다.

첸 교수는 “신체의 고속도로 시스템이 있으며, 어떤 경로를 채택하고 어떤 것을 포기할지 결정해야 한다. 나노입자 관점에서 어떤 차를 가지고 최적 경로를 찾아낼 것인지가 중요했다. 한 가지 중요한 것은 적절한 것을 택하는 일이다. 화학적 측면에 대한 연구도 중요하다. 나노입자 모양을 변화시켜 최적화라는 연구도 하고 있다”고 덧붙였다.

그는 혈액, 장기, 종양 변화를 하나씩 살펴서 연구를 구체화했다. 의약 분야에서 현재 임상시험이 진행 중인 14개 나노 입자가 있다. 진통, 종양의 크기와 강도를 줄이는데도 활용된다.

토론토대 임용된 20년 전 암 치료를 위한 나노입자 최적화 연구를 하고 있다. 오랜 연구에서 생체 적용이 쉽지 않다는 것을 알게 됐다. 나노입자는 몸속에서 거부반응 등 반응을 하게 된다. 이후 전달 프로세스에 연구를 집중했다. 한 측면씩 바라보는 게 필요했다. 어떻게 기관에, 종양조직에 나노 입자가 전달되는 지 연구했다.

이 과정을 자동차 발달에 비유, 지난 100년간 마차에서부터 오늘날 테슬라까지 최적의 자동차를 개발해온 과정과 유사하다고 첸 교수는 말한다.

그는 “20년 간 종양 연구에서 어려웠던 것은 장애들이 많았다. 진입할 수 있는 관문의 수에 따라 최적 입자가 달라질 수 있다. 백혈병, 종양, 당뇨병, 백신 등 좀 더 쉬운 분야에 나노입자가 적용되고 있다. 나노입자가 50 나노미터라면 신체는 100 나노미터의 입자를 선호할 수 있다. 인체에 적용하는 사이즈도 다양할 수 있다. 어떤 세포는 50나노미터를 선호하고 어떤 세포는 20나노미터를 선호한다. 신체에 적합한 최적의 입자를 선택하는 것이 중요하다”고 설명했다.

첸 교수는 “심혈관 질환은 관문이 상대적으로 적고 접근이 용이한 반면 암은 종양조직 혈관에 도달해야하고 장애물도 뚫어야 한다”며 “과거에는 솔리스 종양해결에 집중했다면 지금은 문제 해결이 보다 쉬운 소프트 종양이 연구에 집중하고 있다”고 말했다.

그는 나노입자 전달을 예측하기 위한 이미징 및 머신러닝을 위한 새로운 방법도 활용 중이다. 새 기술들은 암 부위 표적에 치료제를 효과적으로 전달하는 나노 구조를 만드는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 캐나다 토론토대 학생들도 CEO로 본인의 연구를 상업화하고 있다. 지적재산권 등 회사를 창업할 수 있는 지원을 한다. 실제 학생들을 위한 전문 학위과정 프로그램을 운용하고 있다.

간담회를 진행한 천진우 단장은 입자 크기에 따른 나노 MRI의 조영 효과를 세계 최초로 실험적으로 입증, 암 치료에 폭넓게 적용 가능한 나노 스위치와 이중 나노입자를 개발했다.

천 단장은 “생체는 오랜 기간 진화를 통해 자연계에 적응할 수 있는 최적화 시스템”이라며 “베터리 등 기술 분야와 달리 의학 분야가 발전이 더딘 이유는 생체를 다루는 분야기 때문이다…소재의 중요성, 기초과학 중요성이 화두인데 그 중에서 첨단 과학이 나노 과학이다. 나노 소재 개발하는데 있어서 바이오 쪽에 어떻게 응용할 것이냐가 중요하다”고 말했다.

* 나노의학은 나노입자 물질 응용부터 나노 전자 생체센서, 분자 나노기술 응용 등을 포함한다. 나노 물질 크기가 대부분 생물학적인 분자나 구조 크기와 비슷해 의학 연구, 응용에 유용하다. 나노 물질들이 생물학과 결합해 진단 기기, 생체 분석기구, 물리치료 요법, 약물 전달 등의 발전이 이루어졌다.