레이저 및 나노입자: 암 치료의 미래가 여기에 있습니다

그림에는 뒷다리에 암 종양이 있는 쥐의 모습이 나와 있습니다. 나노입자를 종양에 직접 주입한 후 근적외선 레이저 광을 조사합니다. 근적외선 레이저 빛은 조직을 잘 투과하여 화상 손상을 일으키지 않습니다. [Kamilla Nørregaard/파눔 연구소]

암성 종양에 미세한 입자를 주입한 후 레이저로 공격하는 것은 공상과학 소설에서 바로 튀어나온 아이디어처럼 보입니다. 그러나 이것이 바로 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute)와 코펜하겐 대학교 보건과학부의 연구자들이 암세포를 죽이기 위해 개발해 온 치료 전략입니다.

연구자들은 최근 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 "광열 암 치료를 위한 최적의 플라즈몬 나노 히터 식별을 위한 단일 입자 및 PET 기반 플랫폼"이라는 제목의 기사를 게재한 연구 결과에서 해당 치료법이 쥐를 대상으로 테스트되었으며 결과가 나왔다고 보고합니다. 종양이 상당히 손상되었음을 입증합니다.

"치료에는 작은 나노입자를 암에 직접 주입하는 것이 포함됩니다."라고 코펜하겐 대학 산하 Niels Bohr 연구소 산하 광학 핀셋 연구 그룹의 책임자이자 생물물리학자이자 선임 연구 저자인 Lene Oddershede 박사가 설명했습니다. "그런 다음 레이저를 사용하여 외부에서 나노입자를 가열합니다. 이는 나노입자와 레이저 광 사이의 강한 상호작용으로 입자가 가열됩니다. 그러면 가열된 입자가 암세포를 손상시키거나 죽이게 됩니다."

다양한 크기와 구조의 나노입자를 사용하여 실험을 수행했습니다. 시리즈의 처음 두 개는 순금으로 구성되었고 마지막은 표면이 금으로 된 유리 코어로 구성되었습니다. 807nm 및 1064nm의 파장을 갖는 근적외선으로 비드를 조명했습니다. 가장 효과적인 나노입자는 금도금 유리구슬이었습니다. [Kamilla Nørregaard/파눔 연구소]

방사선이나 화학 요법과 같은 전통적인 암 치료법은 종양뿐만 아니라 신체의 건강한 부분에도 영향을 미치기 때문에 심각한 부작용이 있습니다. Niels Bohr 연구소의 물리학자들과 Panum Institute 및 Rigshospitalet의 의사 및 생물학자들 사이의 대규모 학제간 연구 프로젝트는 국소적으로 암 종양에만 영향을 미치므로 신체에 훨씬 더 부드러운 새로운 치료법을 개발하기 시작했습니다. 이 프로젝트의 이름은 종양 제거를 위한 레이저 활성화 나노입자(LANTERN)입니다.

연구진은 다양한 생물학적 막을 실험한 후 살아있는 쥐를 대상으로 이 방법을 테스트했습니다. 해당 실험에서 쥐에게는 실험실에서 배양된 인간 암세포에서 추출한 암성 종양이 투여되었습니다. 그런 다음 연구팀은 직경이 80~150나노미터(nm)(나노미터는 100만분의 1밀리미터) 사이의 작은 나노입자를 테스트했습니다. 테스트된 입자는 종양을 줄이는 데 가장 효과적인 입자를 결정하기 위해 단단한 금 또는 주변에 얇은 금 껍질이 있는 유리 코어로 구성된 껍질 구조로 구성되었습니다.

Oddershede 박사는 "물리학자로서 우리는 빛과 나노입자 사이의 상호 작용에 대한 뛰어난 전문 지식을 갖고 있으며 가열된 나노입자의 온도를 매우 정확하게 측정할 수 있습니다."라고 말했습니다. "효과는 입자의 구조와 재료, 물리적 크기, 빛의 파장 간의 올바른 조합에 따라 달라집니다."

이미지는 큰 종양이 있는 마우스의 PET 스캔을 보여줍니다(흰색 화살표). 종양은 나노입자로 치료되는데, 나노입자를 종양에 직접 주입한 후 근적외선 레이저 광을 조사합니다. 레이저 빛은 나노입자를 가열하여 암세포를 손상시키거나 죽입니다(빨간색 화살표). [Kamilla Nørregaard 및 Jesper Tranekjær Jørgensen/Panum Institute]

연구자들은 크기가 150nm이고 금으로 코팅된 유리 코어로 구성된 나노입자를 사용하여 최상의 결과를 얻을 수 있음을 발견했습니다. 게다가, 나노입자는 조직을 관통하는 데 가장 좋은 근적외선 레이저 광으로 조명되었습니다. 기존 방사선 치료와 달리 근적외선 레이저 광선은 통과하는 조직에 화상 손상을 일으키지 않습니다.