한겨레

해부를 하지 않고 인체 내부를 들여다보는 방법으로는 자기공명영상(MRI)과 양전자단층촬영(PET), 컴퓨터단층촬영(CT) 등이 있다. 엠아르아이는 페트에 비해 선명도(해상도)가 높고, 시티에 비해서는 감도(대비)가 뛰어나 생명현상을 영상화하려는 연구들에 널리 쓰인다. 이 엠아르아이로 좀더 선명한 화면을 얻으려면 조영제를 사용해야 한다. 안경을 쓰면 물체가 더욱 선명하게 보이는 것과 같다. 좀더 선명한 영상을 얻으려면 강한 자성을 띤 조영제를 만들어야 한다.

현택환(46) 서울대 화학생물공학부 교수와 문우경(47)·박경수(51) 서울대 의대 교수 공동연구팀은 ‘강자성 산화철 나노입자’(FION)를 조영제로 사용해 단일세포까지 영상화하고, 촬영 지속시간이 150시간까지 가능하다는 사실을 동물실험을 통해 입증했다고 밝혔다.

강자성 산화철 나노입자는 자연을 모방해 만들었다. 지구 자기장을 따라 이동하는 자성박테리아 내부에는 산화철이 가장 강한 자기적 성질을 갖는 40~120나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m)의 나노입자(마그네토좀)가 들어 있다. 연구팀은 자성박테리아의 마그네토좀이 80㎚일 때 자기적 성질이 가장 강하다는 사실을 밝혀내고, 크기와 모양을 본딴 나노입자를 화학적으로 합성해냈다.

강자성 산화철 나노입자는 기존에 상품화된 조영제보다 조영 효과가 2~3배 뛰어났다. 이 나노입자들로 표지를 한 세포들을 실험용 쥐 뇌에 주입하고 엠아르아이를 찍으니 세포단위로 선명한 영상이 얻어졌다. 더욱이 이런 영상은 고용량의 엠아르아이가 아닌, 일반 병원에서 환자들을 진단하는 데 사용하는 1.5~3테슬라급의 엠아르아이에서도 촬영이 가능했다.

또 연구팀은 강자성 산화철 나노입자가 표지된 췌도(랑게르한스섬)를 실험 쥐 간 속에 삽입한 뒤 엠아르아이를 찍었더니 150일까지도 조영 효과가 지속됐다. 췌도는 췌장(이자)에 세포 1000개 정도가 섬처럼 모여 있는 세포군으로, 인슐린을 분비하는 내분비 조직이다. 제1당뇨병 환자들은 면역기능 이상으로 췌도를 스스로 파괴하기 때문에 췌장을 떼어내고 췌도를 간에 이식하는 수술을 통해서만 치료할 수 있다. 그러나 면역거부 반응으로 이식한 췌도가 얼마나 오랫동안 살아 있는지를 실시간으로 지속적으로 관찰할 필요가 있다. 연구팀은 임상에 적용할 수 있을지 가능성을 검토하기 위해 돼지에게 췌도를 이식한 뒤 관찰을 했다. 이식 뒤 돼지의 간에서 췌도가 선명하게 영상으로 잡혔다.

현택환 교수는 “일부 외국 연구팀이 망간이나 코발트를 이용한 조영제로 선명한 영상을 얻었다고 밝혔지만 이 원소들은 독성 때문에 임상에 적용할 가능성이 거의 없다”며 “산화철 나노입자는 분해되더라도 몸 안에서 철을 필요로 하는 헤모글로빈 등에 활용될뿐더러 이미 미국 식품의약청(FDA)에서 승인을 받은 조영제여서 강자성 산화철 나노입자의 실제 임상 적용 가능성은 매우 높다”고 말했다. 임상적으로 성공하면 생체 내 줄기세포의 이동 경로와 분화 과정을 추적하는 데 유용하게 쓰일 수 있다고 현 교수는 덧붙였다.

연구팀의 연구성과는 <미국 국립과학원회보>(PNAS) 31일치 온라인판에 실렸다. 이근영 선임기자