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[과학에세이] 융합과학기술의 발전과 의료기술 /성대동

의학과 기초과학 접목한 덕에 질병 진단·치료법 빠르게 진화

  • 국제신문
  • 디지털콘텐츠팀 inews@kookje.co.kr
  •  |  입력 : 2010-08-09 21:05:28
  •  |  본지 30면
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기초과학이 의학에 접목되면서 최근 의료기술은 괄목할 만큼 급성장하고 있다. 의료기술의 발전은 융합과학의 발전에 힘입은 바 크다. 융합과학은 수학, 물리학, 화학, 전자공학, 기계공학, 의학 등이 어우러져 목표한 결과를 얻는 데 이용되고 있다. MRI라는 기기는 자기장의 물리적 성질의 하나인 핵자기공명현상을 이용하여 질병을 진단하는 장비다. 최근에는 초기 암을 진단할 때 양전자단층촬영기라는 PET를 많이 쓴다. PET는 원래 물리화학자들이 그 원리를 이용하여 일반적인 물질의 확인에 사용하던 기기이다. 양전자를 방출하는 방사성 동위원소로 구성된 약품을 체내에 주입한 후 암세포와 같은 비정상적인 세포에 결합하게 한 후 방출되는 양전자를 단층촬영기로 추적하여 체내 분포를 알아보는 방법이다.

최근 몇 년 동안 의료기술은 분자수준에서 질병을 진단하는 노력으로 큰 발전을 가져왔다. 그 중에 핵산압타머를 이용한 질병의 진단과 신약개발을 앞당기려는 노력은 좋은 결실을 맺고 있다. 압타머는 생체분자의 특정부위에 결합하는 올리고당이나 단백질분자를 말한다. 핵산압타머는 세포를 구성하는 핵산의 일종으로 세포 내에서 특정 분자에 선택적으로 결합하여 질병의 진단과 신약개발에 응용하고 있다. 생명체 내 세포는 DNA와 RNA라는 기본 구조인 핵산으로 이루어져 있다. 특정질병은 핵산의 골격인 DNA와 RNA의 특정 구조에만 선택적으로 반응하는 핵산압타머로 시험관 안에서 확인할 수 있게 되었다. 3차원 구조를 갖는 특정질병의 핵산구조에 핵산압타머가 또 다른 실타래처럼 반응하여 항원항체반응처럼 반응하기 때문에 특정 분자에 대해 높은 친화력을 나타낸다. 이 방법을 일명 SELEX라고 부른다.

정상적인 단백질이 변형되면 질병으로 나타난다. 파킨슨병과 알츠하이머병이 대표적인 예이다. 단백질의 접힘 정도를 측정하여 질병진단과 치료에 응용하는 기술도 빠르게 발전하고 있다. 단백질은 3차원구조를 갖기 때문에 접힘 정도를 과학적으로 정확하게 기술하려면 접힌 단백질의 기하학적 구조의 수는 천문학적으로 늘어난다. 가령 100개의 잔기를 갖는 단백질이 있다고 가정하자. 이 단백질의 접힘 정도를 나타내는 기하학적 경우의 수는 2의 300제곱 승이 된다. 이러한 어려운 문제점을 해결하기 위하여 물리화학자들과 컴퓨터과학자들, 의학자들이 공동으로 개발한 연구결과들이 나오고 있고 일부 연구결과는 병원에서 응용되고 있다. 현재 가장 많이 응용되는 것은 단백질의 접힘의 과정을 핵자기공명스펙트럼으로 얻은 후 열역학적 에너지인 깁스에너지를 시간함수와 기하학적 구조와의 상관관계로 나타내고 질병의 진행과정을 정확하게 진단하는 기술이다. 현재 알츠하이머병의 진단과 파킨슨병의 진단에 쓰이는 탄소13동위원소 고체핵자기공명분석기는 특정질병의 진행과정을 정밀하게 진단하는 데 쓰이고 그 결과가 아주 좋다.

체내에 약물투여 시 특정 질병세포에만 선택적으로 반응하는 약물의 전달반응메커니즘을 확인하는 기술은 크게 발전하고 있다. 질병단백질의 특정부위 원자에만 선택적으로 반응하게 하여 질병을 진단하고 치료시간을 앞당기고 있다. 이 기술은 화학자들이 사용하는 액체크로마토그래피와 전자스프레이질량분석기를 결합하여 질병단백질의 분자들만 골라서 찾아내는 방법이다. 이 방법을 이용하면 질병분자에 있는 특정원자에만 선택적으로 약물이 반응케 하여 치료를 훨씬 앞당길 수 있다.
폐암은 초기 진단이 어렵다. 폐암과 같이 초기 진단이 어려운 암 진단 시 암세포의 분자에 형광을 내는 특정 탐침분자를 반응시켜 정상세포와 암세포가 발광하는 형광세기를 형광광도계로 확인하는 기술은 실용화 단계에 와 있다. 루테늄의 착물 나노분자에 형광센서가 달린 분자를 초기 폐암세포 분자에 선택적으로 반응하게 하여 형광강도를 시간분해 함수로 그려내면 작은 초기암세포도 찾아낼 수 있다. 융합과학의 기술은 의학에 계속 기여하고 그 결과는 만족할 만한 수준이 될 것이다. 동아대 화학과 교수

※사외 필자의 견해는 본지의 제작방향과 일치하지 않을 수도 있습니다.

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