한국과학기술원(KAIST)은 화학과 이희승 교수 연구팀이 암 질환 치료를 위한 약물 전달 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 분자 과학 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 원자 수준의 정밀도로 극미세 나선형 카이랄 통로를 만드는 방법을 발표했다.

많은 약물은 카이랄 분자로 이뤄져 있고 카이랄 분자의 이성질체는 서로 다른 생물학적 효과를 가질 수 있다. 쉽게 말해 의학적 효과를 가질 수 있지만, 독성도 있다. 암 치료에 사용하는 약물은 특정 암세포에만 작용하도록 설계하는데, 카이랄성을 활용하면 특정한 형태 약물을 선택적으로 전달할 수 있어 부작용을 줄이고 효과도 극대화할 수 있다.

연구팀이 개발한 카이랄 통로는 인간 머리카락 직경의 약 5만분의 1에 해당하는 것으로, 특별한 나선 형태 때문에 특정 분자와만 세밀한 상호작용이 가능하다. 이 기술은 약물의 효율적인 개발부터 첨단 소재 설계에 이르기까지 혁신적인 응용을 가능하게 할 것으로 기대된다.

연구팀은 카이랄성 원리에 착안해, 짧은 비천연 펩타이드(아미노산으로 이뤄진 단백질 조각)와 구리 클러스터(다발)를 이용해 규칙적인 나선형 채널을 가진 금속·펩타이드 네트워크를 합성했다. 특히 카이랄 통로의 세밀한 구조 조절로 이 네트워크가 특정 카이랄성 분자에만 상호작용하도록 만들고, 단결정 분석을 통해 이러한 복잡한 상호작용 원리를 명확히 규명했다.

연구팀은 기존에 알려진 금속과 유기 프레임워크와는 달리, 폴대머(비천연 펩타이드) 기반의 방법을 도입해 3차원 구조 내에서 분자와의 상호작용을 더욱 세밀하게 제어할 수 있는 기술을 선보였다. 원자 단위의 카이랄 통로 제작은 카이랄 촉매, 카이랄 광학센서, 암 질환 치료를 위한 약물 전달, 인공효소 개발 등 다양한 분야 응용이 예상된다.

김재욱 석박사통합과정이 제1저자로 주도한 이번 연구는 화학소재 분야 최정상급 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials) 지난 달 18일 자 온라인판에 게재됐다.