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암세포 괴사시킬 수 있는 고강도 집속 초음파기술 개발

UNIST 도시환경공학과 김건 교수팀과 미국 공동연구진 개가

메카노포어 초음파 진동 자극 암 조직 내 활성산소 발생 원리

활성산소 암 괴사시켜, 개복없이 암 치료 기술로 발전 기대

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암세포를 괴사시킬 수 있는 고강도 집속 초음파 기술(HIFU·high-intensity focused ultrasound)이 한·미 공동 연구진에 의해 개발됐다.

암세포를 괴사시킬 수 있는 고강도 집속 초음파을 개발한 울산과학기술원 도시환경공학과 김건(오른쪽 두 번째) 교수팀. 울산과학기술원 제공
울산과학기술원(UNIST)은 도시환경공학과 김건 교수팀이 미국 일리노이대 연구진과 함께 이 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

UNIST에 따르면 이 기술은 특수 설계한 화학 분자인 메카노포어(mechanophore)를 초음파 진동으로 원격 자극해 암 조직 내에서 활성산소를 발생시키는 원리다. 활성산소가 과다하게 발생하면 암 조직이 괴사한다. 메카노포어는 기계적 자극으로 활성화돼 특정 화학반응을 먼저 발생할 수 있도록 설계된 화학분자로, 구부리면 색깔이 달라지는 인공피부 등에도 사용된다.

연구팀이 메카노포어가 포함된 하이드로겔을 쥐의 암 조직에 주입한 뒤 고강도 집속 초음파에 노출하자 암세포 증식이 억제됐고, 72시간 이내에 암 조직이 괴사했다. 초음파 진동으로 메카노포어 분자 결합이 끊어져 자유 래디컬(free radical)이 생겼기 때문인데, 반응성이 높은 자유 래디컬은 산소와 화학반응해 활성산소로 바꾼다.

이번 연구 성과는 초음파에 의해 발생하는 기계적 에너지를 원하는 부위에 필요한 시간만큼 보낼 수 있는 정밀 제어 기술 덕분이라고 연구팀은 설명했다. 특히 전달 시간을 짧게 조절하는 것이 매우 중요한데, 전달 시간이 길게 지속되면 초음파 진동이 마찰열로 바뀌기 때문이다. 기존 HIFU 기반 치료는 마찰열을 활용하는 반면 연구팀이 개발한 기법은 초음파 진동을 활용한다는 특성이 있다.

김건 교수는 “이번 연구로 초음파 기술이 건축물 안전 점검이나 의료 영상 진단에만 국한되지 않고 암 조직 제거에도 활용될 수 있음을 증명했다”며 “기존 비수술 의료 기술과 병행해 개복 없이 암을 치료할 수 있는 기술로 발전할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 결과는 융복합 연구 국제 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS)에 지난달 25일 자로 게재됐다. 연구는 미국국립보건원(NIH)과 UNIST 신임교원 정착 과제의 지원을 받아 이뤄졌다.
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