경북대학교는 의생명융합공학과 민경익 교수 연구팀이 펩타이드 나노입자의 구조와 기능을 원하는 대로 자유롭게 설계하고 정밀하게 조정할 수 있는 모듈식 커스터마이징 합성 플랫폼 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
이번 연구는 펩타이드 나노입자의 구조적 다양성과 기능적 복잡성을 획기적으로 확장할 수 있는 기술로서 약물 전달 시스템, 질병 진단, 바이오센싱 등 다양한 바이오메디컬 분야에서 널리 활용될 것으로 기대된다.
펩타이드는 아미노산이 연결된 작은 단백질 단편으로 특정 환경에서 스스로 조립(self-assembly)해 독특한 나노구조를 형성하는 특징을 가진다. 기존의 펩타이드 나노입자 기술은 주로 비공유결합 기반의 자기조립을 활용해 왔으나 약한 분자 간 상호작용으로 인해 환경 변화에 쉽게 붕괴되거나 원하는 구조를 정밀하게 구현하는 데 어려움이 있었다.
최근 공유결합을 활용한 펩타이드 자기조립 기술이 주목받고 있지만 특정 아미노산 변화가 조립 과정 및 나노구조 형성에 미치는 영향은 명확하게 규명되지 않았고 여러 펩타이드를 동시에 사용하는 다성분 공동조립(Multicomponent co-assembly) 과정에서는 분자 간 상호작용이 매우 복잡해 각 펩타이드의 기능성을 유지하면서 모듈식으로 조립하는 것이 난제였다.
민 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 5개의 아미노산으로 구성된 펩타이드의 특정 위치를 20가지 서로 다른 아미노산으로 치환하고 펩타이드의 한쪽 말단을 기능화해 22종의 펩타이드를 설계했다. 이를 통해 펩타이드의 서열·구조·특성 사이의 상관관계를 체계적으로 규명했다. 연구팀은 이를 바탕으로 원하는 기능과 특성을 갖춘 펩타이드 서열을 선별하고 다기능성 맞춤형 펩타이드 나노입자를 제조할 수 있는 모듈식 공동조립법을 개발하는데 성공했다.
이번 기술을 통해 초소형 나노입자 형성, 내부가 비어 있는 중공(hollow) 나노캡슐 제조, 특정 바이오물질과의 선택적 상호작용 및 기능화, 형광 신호 증폭, 표면 구조의 미세 조절, 자극에 따라 분해 가능한 나노입자 설계 등 다양한 기능을 복합적으로 구현할 수 있게 됐다.
민경익 교수는 “이번 연구는 기존 펩타이드 기반 소재 설계의 난제를 극복하고 나노바이오 소재 설계의 자유도를 크게 확장한 중요한 성과”라며 “약물 전달, 진단과 센서 개발, 단백질 모방 소재 등 다양한 바이오 응용 분야에서 매우 폭넓은 활용이 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 우수신진연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며 민경익 교수가 교신저자, 허윤미 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 연구결과는 세계적 권위의 재료 분야 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 지난 2월 9일자 온라인판에 게재됐다.
대구=최일영 기자 mc102@kmib.co.kr
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