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POSTECH 차형준 교수팀, 홍합접착소재 기반의 자기장 감응성 접착 마이크로입자 개발

박영재 기자 | 기사입력 2021/09/29 [13:55]
종합뉴스
교육
POSTECH 차형준 교수팀, 홍합접착소재 기반의 자기장 감응성 접착 마이크로입자 개발
기사입력: 2021/09/29 [13:55] ⓒ 브레이크뉴스 대구경북
박영재 기자
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 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 화학공학과 차형준 교수팀(최현선 석박사통합과정)과 경북대학교 의생명융합공학과 조윤기 교수와 공동연구로 홍합접착단백질에 자기장 감응성을 부여해 접착성 마이크로입자를 개발했다고 29일 밝혔다.

 

▲ 식도 환경에서 단백질 마이크로입자의 자기장 감응성 및 접착성을 이용한 항암 약물치료 모식도  © 포스텍


자기장 감응성이란 외부자기장에 반응하여 자기장 방향으로 이동하는 성질을 의미한다.

 

차형준 교수팀이 개발한 마이크로입자는 자기장이 가해지는 방향으로 이동을 제어할 수 있으며, 빠른 유속을 가지는 통로기관에서도 약물을 국소적·장기적으로 병변 부위에 전달할 수 있다.

 

기존의 자기장 감응성 약물전달 시스템은 목표 부위로 약물을 전달한 후 자기장을 제거하면 유동적인 체내 유체환경에서 사라지기 쉽다는 한계가 있었다.

 

이에 차형준 교수팀은 마이크로입자 내부에 산화철을 담았다. 이 마이크로입자는 빠른 유체가 흐르는 통로기관에서 일차적으로 자기장에 의해 병변 부위에 국소적으로 전달된다. 이후 홍합접착단백질이 갖는 강한 수중 접착력 덕분에 자기장을 제거하고도 병변 부위에 입자가 장기적으로 유지된다.

 

연구 결과, 자기장 유무에 따라 전달효율이 5배 이상 차이가 났으며, 자기장을 제거한 후에도 전달 부위에서 일주일 이상 효과를 유지했다. 이는 적은 약물량과 투여 횟수로도 식도질환 환자에게 우수한 치료 효과를 보일 수 있다는 점에서 의미가 크다. 이 마이크로입자는 산화철 특성상 자기공명영상법3으로 입자 위치를 실시간으로 확인할 수도 있다.

 

또한 차형준 교수팀은 마이크로입자의 우수한 생체적합성에 더해, 암 치료에 널리 사용되는 화학요법 약물인 독소루비신을 내부에 담아암세포의 사멸율을 약 84%까지 올리는 등 높은 항암 치료 효능을 실험적으로 검증했다.

 

차형준 교수는 “이번에 개발한 약물전달용 마이크로입자는 식도뿐만 아니라, 장과 같이 빠른 유체의 흐름을 수반하는 장기에 발생한 질병을 치료할 때 폭넓게 활용될 수 있다”고 말했다.

 

한편, 연구 결과는 재료과학 분야 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’의 앞표지(front cover)논문으로 최근 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구사업과 우수신진연구사업, 보건복지부가 지원하는 보건의료기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

 

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 <The following is the full text of the article translated by Google Translate.>


Professor Hyung-Jun Cha's team at POSTECH develops magnetic field-sensitive adhesive microparticles based on mussel adhesive


POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) developed adhesive microparticles by imparting magnetic field sensitivity to the mussel adhesive protein through joint research with Professor Hyung-Jun Cha's team (Integrated Master's and Doctorate course by Hyun-Sun Choi) of the Department of Chemical Engineering and Professor Yoon-Ki Cho of the Department of Biomedical Engineering at Kyungpook National University. announced on the 29th.

 

Magnetic field sensitivity refers to the property of moving in the direction of a magnetic field in response to an external magnetic field.

 

The microparticles developed by Professor Hyung-Jun Cha's team can control the movement in the direction in which a magnetic field is applied, and can deliver drugs to the lesion site locally and long-term even in passage organs with high flow rates.

 

The existing magnetic field-sensitive drug delivery system has a limitation in that it is easy to disappear from the fluid environment of the body when the magnetic field is removed after delivering the drug to the target site.

 

Professor Hyung-Jun Cha's team put iron oxide inside the microparticles. These microparticles are delivered locally to the lesion site by the magnetic field primarily in the passage organ through which the fast fluid flows. Afterwards, thanks to the strong underwater adhesion of the mussel adhesive protein, the particles are maintained at the lesion site for a long time even after the magnetic field is removed.

 

As a result of the study, the transmission efficiency differed by more than 5 times depending on the presence or absence of a magnetic field, and the effect was maintained at the delivery site for more than a week even after the magnetic field was removed. This is significant in that it can show an excellent therapeutic effect for patients with esophageal disease even with a small amount of drug and the number of administration. Due to the nature of these micro-particles, the position of the particles can be checked in real time by magnetic resonance imaging3.

 

In addition to the excellent biocompatibility of microparticles, Professor Hyung-Jun Cha's team experimentally verified the high anticancer treatment efficacy, including doxorubicin, a chemotherapy drug widely used for cancer treatment, to increase the apoptosis rate of cancer cells to about 84%.

 

Professor Cha Hyeong-jun said, "The microparticles developed this time for drug delivery can be widely used to treat diseases that occur in organs that involve rapid fluid flow, such as the esophagus as well as the intestine."

 

Meanwhile, the research results were recently published as a front cover thesis of 'Advanced Functional Materials', a world-renowned academic journal in the field of materials science. The research was carried out as part of the mid-career research project supported by the Ministry of Science and ICT, the excellent new research project, and the health and medical technology development project supported by the Ministry of Health and Welfare.

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