'의료영상 염료 지속성 개선' 암 전이 경로 실시간 추적 기대

[파이낸셜뉴스] 암, 림프절 등 위치 확인용 근적외선 의료영상에 쓰이는 형광염료가 빛을 받으면 빠르게 흐려지던 문제를 개선했다. 암의 전이 경로인 림프절을 실시간으로 추적하는 데 활용할 수 있을 것이라는 기대다.

한국화학연구원 박영일·남상환 박사팀은 조지아 공대 박성진 교수팀과 함께 근적외선 형광염료 '인도시아닌 그린(ICG)'을 고분자 구조로 재설계해 광안정성을 높인 형광체를 개발했다고 19일 밝혔다.

근적외선(NIR) 의료 영상은 진단과 정밀 수술에 활용되는 기술이다. 근적외선(약 650~900 나노미터 파장 )은 가시광선보다 인체 조직을 깊이 통과한다. 이런 특성을 형광 염료와 결합하면 수 cm 깊이의 생체 조직까지 영상화할 수 있다.

현재 전 세계에서 유일하게 FDA 승인을 받은 근적외선 형광 염료는 인도시아닌 그린(ICG)이다.

다만 ICG는 빛을 받고 형광이 금방 흐려지는 '광 표백' 문제가 있어, 장시간 수술에서 정확도가 떨어질 수 있다. 그동안 미세입자 캡슐이나 나노구조체로 ICG를 감싸는 시도가 있었지만, 제조공정이 복잡하고 형광물질이 새어 나오는 문제가 있어 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 ICG 분자를 고분자 사슬에 연결해 이 문제를 해결했다. 형광 발생 부위를 양쪽에서 잡고 고정시켜 오래 지속되도록 한 것이다.

ICG가 형광을 잃는 원인은 강한 빛(레이저)에 의해 주변 산소와 반응해 형광을 내는 헵타메틴 고리가 부서지기 때문이다.

연구팀이 만든 형광체 KR-NIR-P는 고분자 골격이 발색단 주변의 산소 접근을 차단한다. 그리고 분자 간 소수성 상호작용이 구조를 안정되게 붙들어 같은 빛에도 오래 형광을 유지한다. 또 고분자 구조가 분자들의 무분별 응집을 막아, 응집 자체가 광표백을 가속하는 요인도 차단했다.

실험 결과, 785나노미터 파장의 근적외선 레이저를 계속 비췄을 때 기존 ICG는 50초 이내에 형광이 40% 수준으로 급감한 반면, 신규 개발 소재 KR-NIR-P는 200초 후에도 66%를 유지했다. 광안정성이 4배 이상 향상된 것이다.

세포 독성 실험 결과도 우수하다. 자궁경부암·구강 편평암 세포 등 암세포와 정상 세포 모두에서 20 마이크로몰(µM) 농도까지 세포 생존율 90% 이상을 유지해, 높은 생체 적합성을 확인했다. 세포사멸과 관련된 주요 단백질 변화도 기존 ICG와 큰 차이가 없어 세포 독성을 유발하지 않는 것으로 확인됐다.

실제 종양과 유사한 인공 세포 덩어리인 3차원 종양 스페로이드에 넣었을 때, KR-NIR-P가 깊은 층까지 균일하게 침투함을 확인했다. 암의 전이 경로인 림프절을 실시간으로 추적하는 데 활용할 수 있음을 보여준 것이다.

연구팀은 향후 독성 평가·약동학 연구 등 임상 전 단계 연구를 통해 안전성과 유효성을 체계적으로 입증할 계획이다.

이번 성과는 나노·마이크로 소재 분야 세계적 권위지 'Small(IF: 11.8)' 2026년 6월호 표지 논문으로 게재됐다.

jiany@fnnews.com 연지안 기자