인간 세포 속 자성 나노입자의 운명

[요약] 자성 나노입자는 나노의약 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대되지만 자성 나노입자가 실제로 인간 세포 내에서 분해돼 어떤 운명을 맞게 되는지는 알려지지 않았다. 프랑스 국립과학연구원(CNRS) 연구진은 자성 나노입자가 세포 내에서 분해돼 생합성에 활용된다는 사실을 알아냈다. (2019. 2.)

자성 나노입자는 세포 이미징과 생체 공학에서 점점 더 많이 활용되고 있지만 장기간 동안 줄기세포 내에 이들이 축적될 경우 어떤 일이 벌어지는가에 대해서는 아직 명확하게 규명되지 않았다. 프랑스 국립과학연구원(CNRS) 연구진과 소르본느 대학 등 연구팀은 공동연구를 통해 자성 나노입자가 실제로 분해돼 어떤 경우 다시 자성을 띠게 된다는 사실을 알아냈다. 

이 현상은 처음에 들어간 자성 나노입자가 분해되면서 방출된 철분이 새로운 자성 나노입자 형태로 생합성될 수 있다는 가능성을 보여준다. 생합성은 생체의 생리학적 과정에서 세포의 작용으로 유기물질이나 화합물을 합성하는 물질대사를 말한다. 지난 2월 11일 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표된 이번 연구는 사람의 세포가 자연에서 자성을 띠게 변화할 수 있다는 사실을 일깨워 세포 자체가 생성하는 자력의 도움을 받는 나노 의약의 새로운 툴을 개발하는 데 도움이 될 전망이다. 

자성을 띠는 나노입자는 현재 나노의학 분야에서 핵심 요소다. 이미징 진단, 약물 표적, 열적 항암제, 생체공학 제제 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다. 지금까지 자성 나노입자가 자기 역할을 다한 뒤 어떤 운명을 맞게 되는지는 잘 알려지지 않았다. 

연구진은 살아있는 세포에서 자성 나노입자가 어떻게 변하는지 알아보기 위해 독창적인 방식을 적용했다. 우선 인간 줄기세포를 체외로 추출해 자성 나노입자를 집어넣었다. 그런 뒤 한달 동안 분화시키고 발달시켜 세포 내 환경에서 장기간 동안 관찰하고 변형을 모니터링했다. 

연구진은 세포 내에서 이들 자성 나노입자의 자기장 흔적을 추적함으로써 이들이 세포 내에서 분해되고 자성이 떨어지면서 세포 내 환경인 세포 질 속으로 방출된다는 사실을 입증했다. 그런 뒤 자성 나노입자에서 분리된 철분이 자성이 없는 형태로 세포 내에서 저장되거나 새로운 자성 나노입자가 생합성을 하는 데 토대가 되는 역할을 하는 것으로 나타났다. 

이러한 현상은 일부 박테리아에서 발생하는 것으로 알려져 있었지만 이와 같은 생합성이 포유류 세포에서 발견된 바는 없었다. 그러나 이번 연구결과에 따르면 인간의 다양한 기관의 세포, 특히 뇌에서 관찰될 수 있는 자성을 띤 결정이 존재할 가능성이 있는 것으로 분석됐다. 게다가 자성 형태의 철분이 쌓이는 메커니즘을 알아낼 수 있다면 세포가 오랜 시간 동안 쌓이는 과도한 철분을 해독하는 방법을 파악할 수 있다. 나노의약의 관점에서 생합성은 세포 내에서 자성으로 성분을 마킹할 수 있는 순수한 생물학적 방식에 대한 가능성의 새로운 길을 열어주는 것으로 평가된다.