우리 몸속의 다양한 생체반응에서 촉매반응을 담당하는 효소들은 특정 분자에 한정된 반응이나 낮은 안정성 등 약점 때문에 다양한 진단 및 치료에 직접적으로 활용하기 어려운 한계가 있다.

많은 연구자들은 이러한 효소의 특성을 보완하거나 생체 내에서 효소와 만나 시너지효과를 낼 수 있는 인공촉매를 이용한다면, 질병을 진단하고 치료하는 다양한 방법이 나올 것으로 기대하고 있다. 특히, 자기장과 같은 외부자극에 반응하는 인공촉매가 개발될 경우 몸 밖에서 원격으로 생체반응을 제어할 수 있는 새로운 치료 방법도 현실이 될 수 있다.

포스텍(포항공과대학교) 화학과 이인수 교수 연구팀은 살아있는 세포 내에서 높은 촉매 효율을 보이는 원격자극 감응형 인공촉매 ‘MAG-NER’를 개발했다. 이 연구는 나노분야 국제학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)’지 표지논문으로 발표됐다.
 

연구팀은 세포 내 소기관인 소포(小胞) 구조를 모사해, 속이 빈 실리카 나노껍질의 내부에 산화철-나노입자와 팔라듐(Pd) 촉매를 가지고 있는 자기-촉매 결합 나노반응기를 합성했다.

MAG-NER가 교류 자기장을 만나면, 내부의 산화철-나노입자가 자기장 유도 발열 현상을 일으키며, 외부의 온도를 올리지 않으면서 팔라듐 촉매만을 활성화시키게 된다.

연구팀은 MAG-NER를 살아있는 세포 안에 흡수시킨 후 교류자기장을 가하는 실험을 통해 비(非)형광성 반응물을 형광성 생성물로 변화시키는 촉매 반응을 높은 효율로 구현하는 데 성공했다. 또, MAG-NER의 촉매가 세포 내에서도 생체분자에 의해 오염되지 않고 오랜 기간 활성을 유지할 수 있으며, 세포의 생존에 영향을 주지 않는 것도 확인했다.

MAG-NER를 활용하면 생체에 무해한 자기장을 이용해 세포 내에서 인공 분자를 합성하거나 화학반응을 유도할 수 있어, 세포의 기능을 인위적으로 원격제어할 수 있는 진단·치료 방법이 구현할 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구는 한국연구재단 리더연구자지원사업(창의연구)의 지원을 받아 수행됐다.

연구를 주도한 이인수 교수는 “이 연구는 우리 실험실이 주도적으로 개발해온 속 빈 나노반응기 물질을 응용한 연구 결과로 생체의학과 생물학적 연구를 진일보시킬 혁신적인 화학도구로 평가받고 있다”고 설명했다.