암 정복, 인류 최대의 관심사이자 염원이라고 할 수 있겠죠. 그동안 암은 현대의학이 정복하지 못한 난치성 질환 중 하나이며, 국내 사망원인 1위이자 전 세계적으로 한 해 3천만 명의 암 환자가 발생하고 있는 상황입니다. 그렇지만, 과학 기술과 의학이 발전함에 따라, 암 정복에 도달할 수 있는 길이 서서히 개척되어가고 있습니다.
항암 효과를 나타내는 여러 물질 중에서도, 오늘 소개해드릴 것은 바로 나노입자입니다. 최근, 금 나노입자를 이용한 항암 치료에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 금은 안정성이 높은 금속으로 특정 화학 반응들의 촉매작용을 할 수 있다는 것이 알려져 있으며, 에든버러 대학의 연구원들은 이러한 촉매작용이 부작용 없이 생물체에게 적용가능하다는 것을 밝혀냈습니다. 그들은 금 나노입자가 폐암 치료에 사용하였던 기존의 항암 약물의 효과를 증진시켰으며, 제브라피쉬의 뇌 속에서도 원하던 화학 반응의 촉매로 작용한다는 것을 보여 생물체에게 적용할 수 있을 가능성을 제기하였죠.
그렇지만 이 기사에서는, 항암 효과 이외에도 많은 적용가능성을 가진 금 나노입자의 녹색 합성에 대해 소개하려고 합니다. 나노입자는 물리적, 화학적, 생물학적 방법과 같은 다양한 방법으로 합성될 수 있으나, 고온, 고압, 독성 화학물질의 존재 하에서 진행되는 물리적 혹은 화학적 합성 방법은 환경뿐만 아니라, 인간에게도 해로울 수 있습니다. 그렇기에 환경 친화적인 나노입자 합성 방법의 개발이 필요합니다. 그래서 이 기사에서는 약용 식물 중 조릿대(Sasa Borealis) 잎 추출물을 통해 합성한 금 나노입자에 대해 소개해드리려고 합니다.
금 나노입자란?
금 나노입자는 금의 입자 크기가 나노미터(1nm = 10-9m) 수준으로 작은 입자를 이르는 말로, 크기가 매우 작아 일반적인 광학현미경으로 관찰이 어렵기 때문에 주사전자현미경(SEM)이나 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 관찰할 수 있습니다.
그림 2. 투사전자현미경(TEM)으로 관찰한 금 나노입자(왼쪽) 및 금 나노입자 용액(오른쪽)
금 나노입자는 완전한 구 모양이 아니라 불규칙한 모양으로 되어있으며, 각각의 모양과 크기에 따라 상태와 색상이 다르다고 합니다. 이 상태에 따라서 어떤 영역에 해당하는 파장을 어느정도 반사하고 흡수하는지에 따라 색깔이 결정됩니다. 이를 통해서 에너지 간격을 추측할 수 있습니다. 크기가 클수록 짧은 파장의 색, 즉 푸른 계열의 색을 띕니다. 그림 1에서도 볼 수 있듯이, 크기가 작아질수록 붉은 빛의 용액이, 크기가 커질수록 보라색 빛의 용액이 되어감을 볼 수 있습니다.
-금 나노입자의 녹색 합성(Green Synthesis of Gold Nanoparticles)
Naresh Hiralal Tarte 외 8명의 연구원들은 조릿대 (학명: Sasa Borealis) 잎 추출물로부터 금 나노입자를 환경 친화적인 방법으로 합성하였습니다. 또한, 조릿대 잎 추출물을 통해 합성한 금 나노입자가 정상 세포(HEK293 정규세포)의 생존 능력에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 인간 위암세포(AGS cell)에 대해 최대 87.43%의 암세포 제거율을 나타냈다고 합니다.
더 나아가, 형광 현미경 이미지를 통해 금 나노입자를 투여한 세포들의 핵 변화를 관찰하여 응결 혹은 분열 등의 과정을 통한 세포사멸을 통해 암세포에 대해 상당한 형태학적 변화와 세포 수 감소를 보인다는 것을 알아냈습니다.
이 연구를 통하여 고온, 고압, 그리고 독성 물질을 필요로 하는 기존의 물리적, 화학적 금 나노입자 합성 방법이 약용 식물 잎 추출물을 통한 환경 친화적인 합성 방법의 길을 열 것으로 기대합니다. 금 나노입자뿐만 아니라 항암효과를 나타내는 또다른 나노입자인 은-염화 은 나노입자(Ag-AgCl NP)의 합성도 가능하다고 밝혀졌으니, 앞으로 항암 치료에 나노입자를 적용하는 방법에 대한 연구가 더욱 집중적으로 진행될 것으로 전망됩니다.
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ⓒ 2018학년도 원하던Chemi
<작성자> 17-008 김건우
<분야> 나노화학 (Nanochemistry)
나노화학 (Nanochemistry)는 나노 수준의 길이, 단면적, 부피를 가진 물질을 합성하거나 그런 물질을 화학 반응에 사용하는 법을 연구하는 학문입니다. 거시적인 물체와는 달리 나노 수준의 물질에서는 양자역학의 원리에 따라 전기적, 자기적, 광학적으로 특별한 성질이 나타나므로 향후 그 응용 면에서 주목받고 있습니다.
<참고 문헌>
Materials provided by University of Edinburgh.
Ana M. Pérez-López, Belén Rubio-Ruiz, Víctor Sebastián, Lloyd Hamilton, Catherine Adam, Thomas L. Bray, Silvia Irusta, Paul M. Brennan, Guy Lloyd-Jones, Dirk Sieger, Jesús Santamaría, Asier Unciti-Broceta. Gold-Triggered Uncaging Chemistry in Living Systems. Angewandte Chemie International Edition, 2017; DOI: 10.1002/anie.201705609
M. P. Patil et al (2017 Jan. 5). Sasa Borealis Leaf Extract-Mediated Green Synthesis of Silver-Silver Chloride Nanoparticles and Their Antibacterial and Anticancer Activities, New J. Chem., 2017, 41, 2163, pp. 1363-1371. DOI: 10.1039/c6nj03454
M. P. Patil et al (2017 Feb. 28). Anticancer Activity of Sasa Borealis Leaf Extract-Mediated Gold Nanoparticles, Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology, 46:1, 82-88, DOI: 10.1080/21691401.2017.1293675
<이미지>
그림 1: 이미지제공-Colourbox
그림 2: (왼쪽) 한국과학영재학교 일반화학실험2 실험 결과, (오른쪽) http://www.webexhibits.org/causesofcolor/9.html
그림 3: http://treeworld.co.kr/a01_01_02/28747