생체 내 약물이나 단백질의 위치를 추적하는 탐침(probe)의 효율을 크게 향상시키는 기술이 개발돼 생체 고분자의 영상화 수준을 높일 것으로 기대된다. 

한국연구재단은 11일 서울대 박승범·아주대 김은하 교수 연구팀이 다양한 파장의 빛을 발산하는 형광증폭 생물직교 프로브 설계 기술을 개발했다며 이 같이 밝혔다. 

형광증폭 생물직교 프로브는 생체 내에서 표적과 선택적 화학 결합을 통해 표적의 위치를 증폭된 형광 신호로 영상화 할수 있는 분자 물질이다. 생물직교 프로브는 생체 내부로 투입된 표적물질과 결합해 형광을 나타냄으로써 표적의 위치를 추적하는 데 활용된다. 주로 테트라진(tetrazine) 분자와 형광분자가 연결된 형태로, 테트라진이 표적물질과 빠른 화학반응을 일으키면서 화학구조가 변형되고 형광 신호가 증폭된다. 테트라진(tetrazine)은 4개의 질소 원자를 포함하는 방향족 육각 고리 화합물이다.

그러나 형광분자의 에너지가 테트라진으로 전달되면서 형광빛이 소멸되기 때문에, 기존의 형광체와 테트라진 구획을 구분하는 방식으로는 생체 내 광투과율이 우수하다고 알려진 장파장 영역에서 형광증폭 효율이 감소하는 것을 막지 못했다.

연구팀은 기존의 형광체-테트라진 구획화 방식에서 벗어나 형광체-테트라진 분자단일화라는 새로운 접근방법을 제시하는 한편, 이를 통해 형광 파장의 영역에 관계없이 1000배 정도 높은 효율로 형광 신호를 증폭시켰다.

연구팀은 형광 파장의 조율과 예측이 가능한 형광분자를 독창적으로 개발해 '서울플로어(Seoul-Fluor)'라고 명명하고, 이를 통해 다양한 파장에서 활용될 수 있는 새로운 형광증폭 생물직교 프로브를 발굴했다. 개발된 물질은 세포 미세소관 및 미토콘드리아를 관찰하는 형광 이미징에도 성공했다.

박 교수는 "이번 연구의 전략을 적용하면 서울플로어뿐만 아니라 다양한 형광체를 기반으로 장파장 영역에서도 우수한 형광증폭 효율을 갖는 생물직교 프로브를 개발할 수 있을 것"이라며 "특히 발현양이 적어 관찰이 어려웠던 생체 내 표적들을 선택적으로 추적할 수 있는 유용한 형광영상물질로 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(리더연구자), 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 화학분야 국제학술지 '미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)' 지난달 24일자에 표지논문으로 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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