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약물 전달을 위한 스마트 DNA 나노캡슐

<KISTI의 과학향기> 제3360호

DNA 분자들로 만든 나노구조를 pH에 반응하는 보급용 수송선으로 기능하도록 프로그램할 수 있다.
 
연구자들이 인체와 같은 조건에서 미리 정해진 일을 수행할 수 있는 맞춤형 DNA 나노구조를 개발했다. 그들은 주변 용액의 pH수준에 따라서 열리고 닫히는 캡슐과 같은 수송체를 만들었다. 그 나노캡슐(nanocapsule)에 다양한 짐을 싣고 배달을 위해서 닫고,미묘한 pH 증가를 통해서 다시 열 수 있다.
 
pH-반응성 DNA 잔기가 그 DNA 나노캡슐의 기능의 기반이다.
 
그들은 pH-반응성 DNA 가닥들로 기능화된 캡슐과 같은 DNA 오리가미 구조를 고안했다. 그러한 역동적 DNA나노디자인은 종종 두 개의 상보적 DNA 서열의 간단한 수소-결합에 의해서 제어된다. 여기서, 그 캡슐의 반쪽은 다른 반쪽에 있는 적당한 단일-가닥 DNA에 부착함으로써, DNA 삼중 나선(triple helix)을 형성할 수 있는 특정한 이중-나선 DNA 도메인을 갖추고 있다.
 
주변 용액의 pH가 맞을 때에만 삼중 나선 구조가 형성될 수 있다. 그 DNA 가닥들이 상호작용할 때, 걸쇠처럼 기능해서 닫힌 상태에서 그 캡슐을 잠그기 때문에, 그 연구자들은 이 pH-반응성 가닥을 “pH 자물쇠(pH latches)”라고 불렀다.
 
그들은 그 자물쇠의 협동적인 움직임을 기반으로 캡슐이 잘 열리고 닫힐 수 있게 하기 위해서 다수의 모티브를 포함했다. 그 캡슐은 용액의 미세한 pH 증가만으로 매우 빠르게 열린다고 그들은 설명했다.
 
약물 수송을 위해서 그 나노캡슐을 이용하기 위해서 그들은 다른 물질들을 실을 수 있도록 안쪽에 빈 공간을 가진 캡슐을 고안했다. 그들은 높은 pH에서 나노입자들과 효소를 싣고 낮은 pH에서 닫은 후에 다시 높은 pH에서 내보일 수 있다는 것을 증명해 보였다. 그 효소의 활성을 모니터해서, 그들은 그 과정에서 그 효소가 온전히 기능을 유지한다는 것을 알아냈다.
 
그 pH 자물쇠의 염기 서열을 선택함으로써 그것이 열리고 닫히는 한계 pH를 조절할 수 있다.
 
이런 종류의 약물 수송체는 건강한 세포보다 더 높은 pH를 유지할 수 있는 특정한 암 세포 안에서 선택적으로 열릴 수 있도록 최적화될 수 있다.
 
이것은 기능성 약물 전달 수송을 위한 길을 닦아줄 것이다.

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