유전자 가위 이동경로·치료를 PET로 본다

원자력연구원, 방사성동위원소·유전자가위 결합
간경화 질환 실험쥐에 투여해 72시간 동안 관찰

원자력연구원이 유전자 가위와 지르코늄-89를 결합한 바이오 소재를 개발해 치료 부위와 치료 과정을 영상으로 볼 수 있게 만들었다. 사진은 '저널 오브 컨드롤드 릴리스(Journal of Controlled Release)'의 1월 논문 표지. 원자력연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국원자력연구원이 국내 최초로 방사성동위원소와 유전자 가위를 결합해 양전자 단층촬영(PET)으로 볼 수 있게 만들었다. 실제 간경화 질환이 있는 실험쥐에 새로 개발한 바이오 소재를 투여해 72시간 동안 이동경로와 치료효과를 파악할 수 있었다.

23일 원자력연구원에 따르면, 첨단방사선연구소 가속기동위원소연구실 박정훈 박사팀은 유전자 가위 중 하나인 카스12a(Cas12a) 단백질과 의료용 방사성 동위원소인 지르코늄-89를 접목한 새로운 바이오 소재를 개발했다.

최근 미국식품의약국(FDA)이 유전자 가위를 치료제로 승인하며 전 세계적으로 관심이 높아지고 있다.

유전자 가위는 동식물의 유전자에서 손상된 DNA를 잘라내고 정상 DNA로 교체해 질병을 억제하는 도구다. 유전자 가위는 길잡이 역할을 하는 가이드 RNA와 표적부위를 인식하고 잘라내는 효소단백질로 구성되어 체내에서 움직인다.

의료용 동위원소 지르코늄-89는 반감기가 3.3일로 체내에서 오래 머물지 않아 안전한데다, 생체물질을 추적하는 데 적합하고 다른 물질과 결합하기 쉬운 특징이 있다. 하지만 유전자 가위는 분자 크기가 크고 구조가 복잡하여 다른 물질과 결합하는 것이 어려웠다. 연구진은 적절한 배양 온도, 시간 등 최적의 조건을 찾아 유전자 가위의 기능을 유지하면서 지르코늄-89과 합성하는 데 성공했다.

원자력연구원이 유전자 가위와 지르코늄-89를 결합한 바이오 소재를 간경화 질환이 있는 실험쥐에 투여해 PET로 촬영했다. 아랫줄 사진을 통해 새 바이오 소재가 실험쥐의 간 부위로 이동한 것을 알 수 있다. 원자력연구원 제공

이번 연구는 특히 간경화 치료를 목적으로 진행됐다. 간경화에 악영향을 주는 콜라겐의 증식을 억제하도록 고안된 크리스퍼 유전자 가위를 활용했다. 이 유전자 가위와 지르코늄-89를 합성한 후 체내에서 잘 전달되도록 지질 나노입자로 둘러싸 캡슐화해 정맥주사로 간에 전달했다.

연구진은 이 과정을 PET 영상으로 확인하면서 유전자 가위의 작용 여부를 알 수 있었다.

박정훈 박사는 "이 새로운 소재는 지르코늄-89에서 나오는 감마선을 추적해 유전자 가위가 어디로 이동하는지 영상으로 확인할 수 있다"며, "특정 DNA로 찾아가는 유전자 가위의 정확한 위치를 파악해 치료 효과를 높일 수 있어 활용도가 높을 것"이라고 설명했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 바이오 소재를 약물 전달 분야의 세계적인 권위를 자랑하는 학술지 '저널 오브 컨트롤드 릴리스(JCR, Journal of Controlled Release)'에 발표, 1월 표지 논문으로 선정됐다.

또 포항공과대학(POSTECH) 생물학연구정보센터에서 주관하는 '한국을 빛낸 사람들' 누리집에도 논문이 등재됐다.

[e-mail] 김만기 기자