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그림1. 형광 특성을 띄는 은 나노클러스터의 형성 조절을 이용한 테오필린 약물의 검출 모식도 (Nanoscale 표지) 자료-미래부 © News1

천식 등 만성 폐질환 환자들이 부작용을 겪지 않도록 치료제를 안심하고 치료받을 수 있도록 도와주는 기술이 나왔다.미래창조과학부는 국내 연구팀이 천식 및 만성폐쇄성 폐질환의 치료제로 사용되는 기관지 확장제인 테오필린(Theophylline)의 혈중 농도를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다.

테오필린은 찻잎에서 추출되는 카페인과 유사한 화학구조와 생리작용을 가진 물질로 천식 및 만성폐쇄성 폐질환 치료제인 기관지 확장제로 사용되며 혈중농도가 높을 경우 영구적인 신경손상의 부작용이 있다. 이번 연구는 혈중 테오필린의 농도 분석을 기존보다 시간은 20분의1로 가격은 15분의1로 줄일 수 있는 기술로 향후 테오필린의 부작용을 걱정하는 만성폐쇄성 폐질환 환자들이 간편하게 혈중농도를 측정해 안전하게 테오필린 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 성과는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 바이오나노헬스가드연구단(단장 정봉현)의 지원으로 한국과학기술원 생명화학공학과 박현규 교수팀이 수행했다. 연구 결과는 나노 분야의 국제저명 학술지인 '나노스케일(Nanoscale)'의 지난 9월 7일 자에 연구의 중요성을 인정받아 표지논문으로 선정됐다.

기관지 확장제로 사용되는 테오필린은 혈중농도 상승에 따른 부작용을 우려해 보통 연령·증상·합병증 등을 고려해 환자 개개인에 맞는 적정 복용량을 결정한다. 그러나 개인마다 복용량에 대한 흡수가 달라서 같은 복용량이라도 테오필린의 혈중농도 증가될 수 있어 환자에게 테오필린을 투여할 경우 혈중농도의 지속적인 측정이 요구된다.연구진은 테오필린과 은 이온에 특이적으로 반응하는 DNA를 이용해 테오필린의 혈중 농도를 측정하는 기술을 개발했다. 조작된 DNA를 테오필린 복용자의 혈액과 반응시켜 혈중 테오필린의 양이 적을 경우, 은 이온이 조작된 DNA와 반응해 형광특성을 가진 은 나노클러스터를 형성해서 강한 형광신호가 나오며 반대로 테오필린의 양이 많은 경우에는 형광신호가 약해진다.

연구진은 이 형광신호의 차이를 적용해 혈액 내에 존재하는 테오필린 약물을 성공적으로 분석하고 임상 유용성을 훌륭하게 검증했으며, 본 기술이 상용화가 예상되는 향후 3~4년 후에는 기존의 3~4시간이 소요되는 분석을 10분 내외로 줄이고 분석에 소요되는 비용도 15분의 1로 줄일 수 있을 것으로 예상하고 있다. 박현규 교수는 "이번 연구는 기존 검출 시스템의 문제점을 극복해 손쉽고 신속한 분석을 가능하게 해주는 새로운 원천기술"이라며 "다양한 병원체 물질 및 화학물질의 검출 기술로 확대될 잠재력이 매우 크다"고 말했다.

syj@