탄소나노튜브의 초음파 처리가 약물 전달에 미치는 영향

  

탄소나노튜브는 나노의학에서 약물 전달자로서 많은 연구가 진행되고 있다. 일반적

으로 약물 전달을 위해서 나노입자들이 적용되었는데 최근에 탄소나노튜브가 잠재

적 약물 전달 매개물로서 각광을 받고 있다. 이번 연구는 세포 속에 약물, DNA, 단백

질, 펩티드, 표적 리간드(targeting ligand) 등과 같은 다양한 분자들을 전달할 수 있

는 탄소나노튜브의 능력을 보여주었다. 이런 능력은 표적 전달 적용에 탄소나노튜브

가 유망한 물질이라는 것을 알려준다. 1에서 40 kDa 사이의 분자 무게를 가진 폴리

에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG)은 세포의 비-특이 상호작용(non-

specific interaction)을 감소시키고 생체내 나노전달자의 순환 시간을 증가시키는 

목적으로 약물이나 이미지관찰 나노전달자에 코팅된다. 그러나 PL-PEG

(phospholipid-PEG) 형태의 PEG로 단일벽 탄소나노튜브를 기능화시켰을 때 일관

된 결과가 도출되지 않고 심지어 상반되는 결과가 나타낼 때도 있었다. 

 

이번 연구진은 두 개의 다른 분자 무게(2000과 5000)를 가진 PEG를 사용하여 단일

벽 탄소나노튜브를 물리적으로 기능화시켰다. PEG5000는 단일벽 탄소나노튜브의 

세포 흡수를 매우 감소시키거나 전혀 시키지 않게 하는데 반해서 PEG2000은 단일

벽 탄소나노튜브의 세포 흡수를 방해하지 않았다. 이것은 PL-PEG의 준비 방법이 

PEG 무결성(integrity)에 영향을 끼친다는 연구를 하게 되는 동기를 부여했다. 

 

뉴 멕시코 대학(University of New Mexico)의 제인넬딘(Zeineldin) 교수는 PEG의 

무결성이 리간드로 기능화된 단일벽 탄소나노튜브의 특이 세포 흡수를 증가시키는

데 중요하다는 사실을 보였고 Nano Letters에 “Role of Polyethylene Glycol 

Integrity in Specific Receptor Targeting of Carbon Nanotubes to Cancer Cells” 

이라는 제목으로 게재하였다(Nano Lett., 2009, 9 (2), pp 751?757, DOI: 

10.1021/nl8033174). 

 

단일벽 탄소나노튜브의 PL-PEG는 1시간 동안 초음파를 가해주면 분해된다. 이것

은 단일벽 탄소나노튜브의 비-특이 세포 흡수를 감소시키는 능력을 방지했다. 반면

에 단일벽 탄소나노튜브 위에 PL-PEG가 손상되지 않았을 때 이것은 단일벽 탄소나

노튜브의 비-특이 세포 흡수를 매우 감소시켰고 엽산(folic acid)이나 표피 성장 인

자 수용기(epidermal growth factor receptor) 같은 표적 리간드의 더 이상의 기능화

는 이 리간드를 위한 수용기를 발산하는 세포로부터 특이 흡수를 증진시켰다. 

 

PL-PEG의 초음파는 탄소나노튜브를 분산시키거나 기능화시키는 일반적인 방법이

고 PEG의 무결성은 리간드로 기능화된 나노튜브의 특이 세포 흡수를 증가시키는데 

중요하다. 비특이 내재화(nonspecific internalization)를 막기 위해서는 PEG를 단

지 부서지지 않도록 하면 된다. 이것은 약물 전달과 동시에 질병 세포의 효율적인 표

적화에 중요하다. 

 

탄소나노튜브를 기능화시키기 위해서 사용된 폴리머나 생체분자 같은 것이 초음파 

분산으로부터 어떤 영향을 받는지에 대해서는 그동안 관심은 있었지만 그동안 실험

적으로 증명된 적이 없었다. 이번 연구진은 PL-PEG를 가진 단일벽 탄소나노튜브의 

초음파 처리에서 PL-PEG가 부서지는 것을 막을 수 있다는 것을 증명했다. 대신에 

단일벽 탄소나노튜브를 짧게 초음파처리하거나 초음파 처리 없이 화학적으로 단일

벽 탄소나노튜브를 중합해야 될 것이라고 연구진은 말했다. 

 

이 연구로 PEG의 무결성이 중요하다는 사실을 증명했기 때문에 이미지관찰이나 약

물 전달을 하는 목적으로 암 특이 수용기를 통해서 탄소나노튜브로부터 암 세포의 

특이 표적화를 증가시키는 다른 연구에 적용될 수 있을 것이다. 

 

 

그림. 초음파로 PL-PEG2000의 파쇄는 SKOV-3 암세포로부터 단일벽 탄소나노튜브

의 비특이 흡수를 차단하는 능력을 방지한다. (A) 초과 PL-PEG를 제거한 후에 10 

분이나 1시간 동안 초음파 처리하여 PL-PEG2000-fluor로 기능화 된 단일벽 탄소나

노튜브의 흡수 스펙트럼. (B) 10분 동안 초음파 처리한 후에 관찰한 공초점 현미경 

사진. (C) 1시간 동안 초음파 처리 후에 관찰한 공초점 현미경 사진.

 

http://www.nanowerk.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-16