화학연, 수술 중 형광 유지 시간 4배 늘린 신소재 개발

한국화학연구원이 미국 조지아공대와 공동으로 수술 중 장시간 형광을 유지할 수 있는 근적외선 형광염료 신소재를 개발했다. 연구팀은 기존 FDA 승인 염료인 인도시아닌 그린(ICG)을 고분자 구조로 재설계해 광안정성을 4배 이상 향상시킨 'KR-NIR-P'를 합성하는 데 성공했다.

성능 평가 결과, 785나노미터 근적외선 레이저를 지속 조사했을 때 기존 ICG는 50초 만에 형광이 초기의 40%로 감소했지만 KR-NIR-P는 200초 후에도 66%를 유지했다. 또한 자궁경부암과 구강 편평암 세포 등에서 20마이크로몰 농도까지 세포 생존율이 90% 이상으로 나타났고, 세포사멸 관련 단백질 변화도 기존 ICG와 큰 차이가 없어 독성이 낮은 것으로 분석됐다. 3차원 종양 스페로이드 실험에서는 깊은 조직까지 균일하게 침투했으며, 마우스 실험에서는 주사 2시간 후 림프절에서 형광이 검출되고 24시간 후 강하게 축적돼 암 전이 경로 실시간 추적 가능성을 입증했다.

현재 FDA 승인을 받은 근적외선 형광염료는 ICG가 유일하며 유방암 림프절 추적, 간암 절제, 담관 시각화 등 다양한 수술에 활용된다. 하지만 기존 ICG는 강한 빛에서 형광이 급격히 약해지는 광 표백 현상 때문에 장시간 수술 시 반복 투여가 필요하고 영상 정확도가 떨어지는 한계가 있었다. 연구팀은 ICG 분자를 고분자 사슬에 연결해 형광 발생 부위를 고정시키고, 발색단 주변으로 산소 접근을 막아 광 표백을 억제하는 전략으로 문제를 해결했다.

박영일 박사는 "ICG를 고분자화해 발색단이 빛에 의해 파괴되는 속도를 늦춘 것이 핵심 성과"라며 "장시간 형광 유지가 필요한 의료영상 분야에 새로운 가능성을 제시했다"고 말했다. 신석민 화학연구원장은 "이번 고분자화 전략은 ICG뿐 아니라 다양한 형광염료에도 적용 가능해 차세대 의료영상 소재는 물론 위조방지와 보안 분야로도 활용 범위가 확대될 것"이라고 기대했다. 연구팀은 앞으로 독성평가와 약동학연구 등 임상 전 연구를 통해 안전성과 유효성을 추가 검증할 계획이다. 이번 연구성과는 국제학술지 '스몰(Small)' 6월호 표지논문으로 게재됐다.