▲ 이미징 프로브의 원리 모식도_저산소증 종양부위에서 활성화된 프로브는 광학이미징 및 화학교환포화전이(CEST)로 인해 MRI 조영효과가 증강됨.

고형암의 종양 내부에 발생하는 저산소증만 감지할 수 있는 조영기술이 개발돼 MRI와 광학 이미징까지 이중모드 관찰이 가능해져 암 진단 및 치료제 개발에 기여할 것으로 보인다.
 
한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI)은 바이오융합연구부 홍관수 박사 연구팀과 미국 텍사스대학교 Sessler 교수 연구팀이 공동으로 종양의 저산소증에 반응하여, 신호를 발생하는 감응성 바이모달(MRI․광학 혼합) 이미징 프로브를 개발했다.
 
고형암에서 주로 나타나는 저산소증은 암 진행과 전이를 일으키는 주원인으로, 이를 제대로 감지하면 보다 유리한 임상결과를 얻을 수 있다.

저산소증이 있는 종양 조직에만 선택적으로 반응하여, MRI 또는 광학 영상 신호를 내는 형광 프로브의 개발은 보다 정밀하게 암의 위치와 형태를 감지․식별할 수 있게 해준다는 점에서, 매우 유용한 기술이다.
 
이번에 개발한 프로브(NO2-Eu)는 이온이 포함된 형태로 합성한 것으로, 저산소 환경하에서 화학교환포화전이에 의한 자기공명영상과 광학 신호를 발현하도록 했다.

프로브가 저산소증에 의해 활성화되면, NO2-Eu에서 NH2-Eu로 환원되어 발광 신호가 발현되며, 화학교환포화전이로 인해 MRI에서 조영 효과의 증강이 일어나게 된다.

또한, 프로브는 실험관, 세포 및 생체 수준에서 모두 암세포의 검출이 가능하도록 개발됐다. 프로브 광학 신호가 정상 수준 대비 저산소증 상태에서 약 3배 증가하는 것을 대장암 세포 실험을 통해 관찰했으며, 대장암 세포를 이식한 실험쥐 동물 모델에서는 종양 부위에서 2배 정도 증가하는 것을 CEST MRI 영상으로 확인할 수 있었다.
 
이번에 개발한 프로브 기술은 실제 생체 환경에서 발생하는 암 발생 부위를 다각적인 관찰 방법으로 정밀 분석할 수 있다는 점에서, 항암제 내성이나 전이가 심한 난치성 암 등의 조기 발견․진단 및 실시간 모니터링은 물론, 암 표적 약물의 반응 분석 및 효능 평가에도 큰 도움이 될 것으로 전망된다.
 
KBSI 홍관수 박사 연구팀은 이번 기술 개발에서 연구총괄을 맡았고, 미국 텍사스대 Sessler 교수 연구팀은 합성 아이디어 수립 및 연구방향 제시 등을 수행했다.

홍관수 박사는 “이중모드 개념으로 MRI와 광학 이미징 모두의 장점을 살릴 수 있는 최적화된 프로브를 개발한 것으로, 수용액, 세포 및 동물 모델에서 모두 그 가능성을 확인할 수 있었던 연구결과”라며, “생체 내에서 실시간 암 진단기술 및 암 치료제 개발에 획기적으로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 국가과학기술연구회의 창의형 융합연구사업과 한국연구재단 중견연구사업의 지원으로 진행됐으며, 의약화학분야 저명 국제 학술지인 Journal of Medicinal Chemistry지 [논문명 : Hypoxia-responsive luminescent CEST MRI agent for in vitro and in vivo tumor detection and imaging, IF=7.446, JCR 상위 5.03%, 홍관수(공동교신저자), 조지현(공동교신저자), 미국 텍사스대 Sessler(공동교신저자)] 온라인판에 5월 18일(수) 표지 논문으로 게재됐다.