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머리카락 굵기 혈관도 훤히 보인다...해상도 10배 'MRI 조영제'
동아사이언스
Date: Mar 8, 2021

국내연구팀이 체내 체류 시간을 높여 자기공명영상(MRI) 영상의 해상도를 획기적으로 높여주는 MRI 조영제를 개발했다. 이번에 개발된 MRI 조영제는 투약 후 24시간이 지나면 소변으로 전부 배출되고 독성이 없어 향후 뇌심혈관질환 진단에 활용될 것으로 기대를 모은다.

천진우 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 단장과 최병욱 연세대 의과대학 영상의학과 교수 공동 연구팀은 이달 8일 체내 체류 시간을 높여 해상도가 종전보다 10배 향상돼 혈관을 정밀하게 촬영할 수 있는 MRI 조영제 ‘사이오(SAIO)’를 개발했다고 밝혔다. 현재 쥐를 대상으로 한 동물실험에서 효과를 입증했고 임상 시험을 준비 중이다.

MRI는 사람의 몸에 있는 수소 원자에 3테슬라(T·자기장의 세기를 나타내는 단위) 크기의 자기장을 쏘아 장기나 혈관을 촬영하는 장치다. 수소 원자에 있는 양성자는 특정 축을 중심으로 팽이처럼 회전한다. 수소 원자에 자기장을 쏘면 수소 원자의 에너지가 높아져 축이 뒤틀리는데 MRI는 자기장을 멈췄을 때 축이 원래 상태의 약 60%로 회복되는 시간을 측정해 영상을 만든다. 같은 수소 원자라도 조직이나 장기에 따라 축이 회복되는 시간이 다르기 때문에 MRI 영상에서 혈관, 장기, 종양 등을 쉽게 구분할 수 있다.

MRI 조영제는 자기장을 받으면 자석처럼 변하는 자성체 물질로 이뤄졌다. 혈관 내에서 축이 바뀌는 수소 원자의 수를 늘려 MRI 영상의 해상도를 높이는 역할을 한다. 보통 가돌리늄(Gd) 3가 이온에 다른 분자를 둘러싸 만든 ‘가돌리늄 킬레이트’ 입자를 MRI 조영제로 사용한다. 하지만 가돌리늄 킬레이트 입자는 지름 1나노미터(nm·10억분의 1미터)보다 작아 체내에 약 2분 정도만 머무를 수 있어 MRI 영상을 선명하게 찍을 수 없었다.  또 만성 콩팥병을 앓고 있는 환자에게 투여했을 경우 신원성전신섬유증을 유발한다.

연구팀은 다당류의 한 종류인 '덱스트란' 나노입자 주변을 산화철(Fe₂O)로 둘러싸 크기가 5나노미터인 MRI 조영제 사이오를 개발했다. 

조영제의 입자의 크기가 가돌리늄처럼 너무 작으면 신장에서 여과되는 시간이 빠르고 반대로 너무 크면 체외로 쉽게 배출되지 않는 문제가 생긴다. 연구팀은 사이오에서 자성체 성질을 갖는 산화철을 그대로 둔 채 나노 기술을 이용해 덱스트란의 크기를 정밀하게 조절했다. 이에 따라 사이오는 가돌리늄 조영제와 비슷한 수준의 자성체 효과를 가지면서도 체내에 10분 동안 머무르며 정밀한 영상 촬영을 가능하게 했다. 주입 후 24시간이 지나면 몸 밖으로 전부 빠져나가고 인체에 무해한 성분으로 만들어 독성도 없다.

연구팀은 사이오를 이용해 MRI 영상을 촬영한 결과 지름 100마이크로미터인 물체을 정밀하게 관찰할 수 있음을 확인했다. 이는 직경이 최대 1000마이크로미터인 물질만 확인할 수 있었던 기존 조영제로 촬영한 영상의 해상도의 10배 수준이다. 쥐에 사이오를 주입해 뇌의 MRI 영상을 촬영한 결과 선명한 뇌혈관 지도를 얻었고 신체 어디에도 축적되지 않고 전부 빠져나가는 것을 확인했다. 

천진우 단장은 "사이오를 활용하면 직경이 200~800마이크로미터인 대뇌동맥의 미세뇌혈관도 정확하게 촬영할 수 있다"며 "미세뇌혈관은 뇌졸중, 뇌경색이 자주 발생하는 혈관이다"고 말했다. 최병욱 교수는 "뇌졸중, 심근경색, 협심증, 치매 등 뇌심혈관질환 진단 정확도를 높일 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링' 인터넷판 9일자에 실렸다.

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