한빛사 인터뷰
- 등록2023-03-30
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1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
우리 몸의 혈관이 막히면 조직에서 산소와 영양분의 공급이 어려워 장기 손상을 초래하고, 심각한 응급 상황으로 이어질 수 있습니다. 현재까지는 기존의 혈관확장제와 혈전 용해제를 이용한 치료가 일반적이지만, 이러한 방법들은 반응 시간이 느리고 정확한 조절이 어려워 혈관 질환의 치료에는 많은 어려움이 있습니다.
혈관 확장과 관련하여 생체 내에서 일산화질소는 매우 중요한 역할을 합니다. 그러나, 불안정한 일산화질소를 직접 투여하는 것은 제한적이기 때문에 안정적인 상태의 일산화질소 전달체를 이용한 치료연구가 진행되고 있습니다. 최근에는 일산화질소 전달체로서 금속과 일산화질소가 결합한 금속-일산화질소 복합체를 합성하고, 복합체의 광학 반응을 통한 빠른 일산화질소 방출을 설계하는 연구가 진행되고 있습니다.
저희 연구진은 생체 내에서 빛에 반응하여 일산화질소를 방출할 수 있는 철-일산화질소 복합체를 개발했습니다. 철은 생체 내 효소에 흔히 들어있는 원자로 생체 적합성이 좋고, 거대고리 리간드를 사용하여 체온과 공기 중에서도 구조가 안정하게 유지되도록 설계되었습니다. 또한 빛에 의해 선택적으로 일산화질소가 분리될 수 있도록 되어 원하는 시점에서 일산화질소 공급이 가능합니다. 합성된 철-일산화질소 복합체는 자외선-가시광선 흡수선, 적외선 흡수선, 전자 상자성 공명 등 여러 가지 물리화학적 특성들을 보였습니다.
화학적으로 안정한 철-일산화질소 복합체에 빛을 비추면, 선택적으로 일산화질소가 분리되고 광화학 양자수율을 측정할 수 있었습니다. 밀도범함수 이론을 이용하여 철-일산화질소 화합물의 빛 반응 시 철에서 일산화질소로 전자가 이동하는 것을 확인했습니다.
생체 내에서 빛을 이용할 수 있는 안구에 개발한 철-일산화질소 복합체를 주입하여, 동물모델의 망막 혈관이 넓어지는 것을 관찰했습니다. 더 나아가, 인공적으로 막힌 망막 혈관에 선택적으로 일산화질소를 전달하여 잘 흐르게 하는 것을 확인했습니다. 이번 연구로, 빛에 의해 시공간적으로 일산화질소 공급이 가능하고 생체 내에서 안정하고 생체적합성이 높은 철-일산화질소 복합체를 개발했으며, 개발된 철-일산화질소 복합체로 동물모델의 혈관 확장 및 재관류를 볼 수 있었습니다. 이런 결과는 혈관폐쇄질환 치료제 개발의 가능성을 보여주며, 심혈관계 및 뇌혈관계 질환을 포함한 긴급혈관질환에 대해 선택적이고 조절 가능한 치료 방법을 제안합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
저는 울산과학기술원 화학과 조재흥 교수님의 생체모방분자연구실에서 연구하고 있습니다. 생체모방(biomimetics)이란 자연계에 존재하는 생명체의 특징 및 과학적 원리를 응용해서 새로운 물질이나 기술을 개발하는 연구 분야입니다. 이는 디자인, 공학, 생화학 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 특히 저희 연구실에서는 생체 내 물질 대사를 돕는 화학 반응을 수행하는 금속 촉매 효소를 화학적으로 모방한 복합체를 통한 연구를 진행하고 있습니다. 주요 연구 분야로는 촉매 개발을 위한 화학 반응 메커니즘 연구와 약물 전달 시스템 개발 연구를 진행하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이번 연구를 통해 선택적 일산화질소 전달체를 개발하고, 이를 실제 동물 모델에서의 효과를 관찰하여 유의미한 결과를 얻었습니다. 저는 화학에 대한 열정으로 대학원에 진학했는데, 다른 연구실과의 협업을 통해 제 연구 세계가 크게 넓어졌습니다. 오랜 기간 동안 많은 실패와 실수, 좌절을 겪었지만, 조재흥 교수님의 가르침과 독려로 끝까지 연구를 완료할 수 있었습니다. 그 결과로 좋은 성과를 이루어 큰 보람을 느꼈습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구는 쉽게 성과가 나오는 일이 아니기에, 꾸준함과 인내력이 필요한 마라톤이라고 생각합니다. 저를 포함한 많은 연구자들이 처음 연구를 시작할 때에는 호기심과 열정으로 시작하곤 하지만, 계속되는 실패와 실수로 인하여 많은 어려움과 좌절을 겪습니다. 그러나 포기하지 않고 끝까지 해내면 어떠한 형태든 좋은 결과로 이어질 수 있다고 믿습니다. 그리고 연구실 구성원들의 응원과 소통, 지도 교수님의 독려와 피드백이 힘든 시간을 버틸 수 있는 버팀목이 되었습니다. 연구로 인해 힘든 시기를 겪고 있거나, 앞으로 힘든 시간이 오더라도, 긴 터널의 끝에는 반드시 빛이 있다는 것을 염두하시고 동료 및 교수님과 함께 잘 해쳐내 가시길 바랍니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저희 연구진은 복합체 합성에서 세포 실험을 거쳐 동물 실험까지 진행하여 선택적 일산화질소 전달체를 개발했습니다. 최종 목표는 이 전달체를 이용하여 실제 환자에게도 적용할 수 있는 혁신적인 혈관치료제를 개발하는 것입니다. 하지만 아직 해결해야 할 부분들이 많습니다. 그 중 하나는 파장별로 일산화질소를 해리할 수 있는 전달체를 개발하는 것입니다. 이번 연구에서는 빛이 투과할 수 있는 안구에서의 혈관에 효과를 확인했지만, 심장 및 뇌혈관은 빛이 투과하기 어렵습니다. 그래서 피부를 통과할 수 있는 특정 파장의 빛 반응을 통해 일산화질소를 전달할 수 있는 복합체를 개발하고자 합니다. 또한 초음파나 자기장 등 인체를 통과할 수 있는 외부자극을 통해 선택적으로 일산화질소를 전달할 수 있는 메커니즘을 가지는 복합체를 개발하고자 합니다. 이렇게 하여, 일산화질소와 관련된 다양한 생체 내 반응 메커니즘을 조절하고 복잡한 신호전달체계를 규명하여, 보다 더 효과적인 프로드러그(prodrug)를 개발하는 것이 목표입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
학위 과정 동안 많은 것을 배우고 경험했습니다. 그 과정에서 제 한계와 좌절을 느낄 때도 있었지만, 저에게 용기와 위로를 준 선배 및 후배들과 동료들, 세심하게 가르치고 조언해 주신 조재흥 교수님, 연구의 질을 높여 주신 많은 공동 연구자분들과 교수님들께 깊은 감사의 마음을 전합니다. 또한, 힘든 시간에 편안한 쉼터가 되어준 이정혜 박사님께도 감사드립니다. 마지막으로 제 연구를 소개하고 감사한 분들께 인사를 드릴 수 있는 기회를 주신 BRIC에 감사드리며 글을 마치겠습니다.
#metal–nitrosyl complex
# nitric oxide
# vasodilation
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