미국 라이스 대학(Rice University)과 노스캐롤라이나 주립대학(North Carolina State University)의 연구진은 암 세포의 표면을 뚫어서 암 세포를 순간적으로 죽이는 분자 크기의 모터를 개발했다. 이 연구는 레이저가 도달 가능한 피부암, 구강암, 위장암에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

 

이 분자 모터는 근적외선을 통해서 2-광자 여기로 활성화되었다. 모터를 구동하는데 사용되는 최초의 방법은 자외선을 사용했는데, 이것은 건강한 세포를 손상시켰다. 그래서 이번 연구진은 이것을 방지할 수 있는 방법으로 새로운 2-광자 여기 방법을 개발했다.

 

이번 연구진은 이전에 특정 암 세포를 표적할 수 있는 작은 단백질로 분자 모터를 개발한 적이 있었다. 자외선으로 활성화시키면, 이 분자 모터는 초 당 300만회 회전해서 세포의 보호막을 뚫고 세포를 수 분 내에 죽일 수 있었다. 그 이후에 많은 연구가 진행되었고, 결국 자외선을 사용하지 않는 방법을 개발하게 되었다.

 

2-광자 흡수는 1931년에 예견되었고, 30년 후에 레이저 출현으로 확인되었다. 분자 모터는 2개의 주파수에서 광자를 흡수하고 더 높은 에너지 상태로 움직이게 된다. 다광자 활성화(Multiphoton activation)는 보다 생체 적합하고 더 깊은 조직 침투를 가능하게 하며 자외선으로 인한 부작용을 막을 수 있었다.

 

이번 연구진은 피부암, 유방암, 자궁암, 전립선암 세포를 대상으로 이번 분자 모터를 조사했다. 분자 모터가 목표를 찾으면, 레이저는 약 200 나노미터의 정밀도로 그들을 활성화시켰다. 대부분의 경우에, 세포는 3분 내로 죽었다. 이번 연구진은 이 분자 모터가 염색질(chromatin)과 기타 구성요소를 뚫기 때문에 암 전이를 늦출 수 있다고 믿고 있다.

 

분자 모터가 특정 세포를 표적으로 하기 때문에 항생제 내성 박테리아를 죽이는데 분자 모터를 적용할 수 있을 것이다. 향후에는 가시광선으로 작동되고 세포 표적에 대한 효능성이 높은 분자 모터를 개발해야 할 것이다.

 

이 연구결과는 저널 ACS Nano에 “Near Infrared Light Activates Molecular Nanomachines to Drill Into and Kill Cells” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1021/acsnano.9b01556).