POLYMERS Vol.62　No.6 June 2013

고분자 Vol.62　No.6

특집
이미지화와 고분자

전망

초음파를 이용한 진단 및 치료 기술

마루야마 가즈오

<Abstract> 진단 및 치료 기술(Theranostics)은 치료와 진단의 기능을 갖는 시스템을 뜻한다. 초음파 조영 가스를 주입한 버블 리포좀은 초음파 조영술을 이용한 진단뿐만 아니라 캐비테이션 치료를 가능하게 하여 진단 및 치료 기술의 도구로서의 응용이 기대된다.
Keywords: Ultrasound / Theranostics / Micro Bubble / Liposome / DDS / Gene Delivery

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양친매성 블록공중합체를 이용한 종양의 시각화

미키 고지

<Abstract> 양친매성 블록형 고분자가 형성하는 자기집합체는 종양에 집적하는 성질이 있기 때문에 종양 조영제의 모체로서 주목을 받고 있다. 조영제 분자의 특성을 살리는 자기집합체를 설계하고 구축함으로써, 조영제의 성능을 개선하여 높은 색채대비를 나타내는 종양의 시각화 기술을 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 본 원고에서는 최근의 예를 중심으로 고성능 고분자 조영제의 연구결과를 소개한다.
Keywords: Tumor Imaging / Contrast Agent / Polymeric Self-Assembly / Amphiphilic Block Copolymer

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동적인 자기집합성 나노입자에 의한 단백질 활성 신호 스위칭의 이미지화

다카오카 유스케, 하마치 이타루

<Abstract> 세포와 생물 개체에는 다양한 단백질이 존재하며, 단백질의 발현과 분해를 조절함으로써 생명 기능을 유지한다. 이와 같은 단백질의 동적인 변화를 전체적 또는 특이적으로 검출할 수 있는 자기조립성 나노 재료가 최근 주목을 받고 있다. 본 원고에서는 단백질의 구조 및 활성의 변화를 신호의 스위칭으로 검출하는 나노 재료에 관한 최근 연구를 소개한다.
Keywords: Protein / ¹⁹F-NMR/MRI / Fluorescence / Imaging / Nanoparticle / Supramolecular Chemistry

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토픽

압타머를 이용한 화학 전달 물질의 이미지화

산도 신스케

<Abstract> 핵산 압타머는 표적 분자에 결합할 수 있는 기능성 생체 고분자이다. 수용액 중에서도 표적 분자에 대한 높은 친화력과 특이성 때문에, 바이오 센서로 압타머를 응용하는 것이 기대되고 있다. 그러나 압타머를 세포에 응용하여 성공한 예는 극히 드물었다. 본 연구진은 형광 압타머 센서를 이용하여 뇌에서 작용하는 화학 전달 물질을 분자수준에서 시각화하였다. 세포의 표면에 고정된 형광 압타머 센서는 세포 표면에 존재하는 분자의 형광 이미지화를 위한 바이오 센서로서의 역할을 한다. 이를 이용하여 쥐의 성상 세포에서 방출되는 화학적 전달물질의 동역학적인 특성을 실시간으로 시각화하는 데 성공하였다. 이 방법을 통해 압타머 바이오 센서의 연구 분야를 확장할 수 있을 것으로 기대된다.
Keywords: Fluorescence Imaging / Chemical Sensor / Chemical Transmitter / Aptamer / Cell Surface

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고분자 MRI 조영제의 연구개발

가라사와 사토루, 고가 노보루

<Abstract> 본 원고에서는 자기공명영상(MRI) 조영제 고분자 및 금속과 유기 스핀을 포함하는 분자집합체를 이용한 필자진의 연구결과를 소개한다. 망간 착화합물 (HPS200-8-MnDO3A-DEA)과 친유성 우레닐벤젠 유도체(EgnCmU-TEMPO), 그리고 안정한 유기 라디칼인 TEMPO를 함유한 DNA 올리고머로 구성된 코어-셸 타입의 초분기형(hyperbranched) 고분자가 MRI 조영제로써 합성되었다. HPS 고분자는 생체 내 MRI 측정을 통해서 MRI 조영제로 이용 가능하다는 것이 밝혀졌다. PEG와 알킬 사슬을 갖는 EgnCmU-TEMPO 유도체는 수용액 중에서 LCST 현상을 나타내며, 열과 pH의 정도에 따라서 이완도가 변한다는 사실이 확인되었다. 또한, TEMPO가 미셀의 중심부에 가깝게 위치한 TEMPO-DNA 미셀은 42 MHz와 1.0 T에서 GdDOTA가 나타내는 이완도보다 보다 높은 이완도를 나타내는 것이 밝혀졌다
Keywords: MRI Contrast Agents / Maclomolecules / Manganese / TEMPO / Organic Spin / Relaxivity

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나노 사이즈 베지클 “PICsome”을 이용한 생체 이미지화와 나노 생리학의 가능성

기시무라 아키히로

<Abstract> 몸에 생긴 상처 부위의 구조적 특성 및 물리화학적 특성을 이해하기 위해서는, 나노 수준에서 신체의 특징을 조사해야 한다. 나노 수준에서 신체 내에 발생하는 변화를 시각화하는 방법들이 필요하다. 필자의 연구진은 최근 정반대의 전하로 대전된 블록 공중합체 사이의 정전기적인 상호작용을 이용한 폴리이온복합체 베지클인 "PICsomes"을 개발하였다. PICsomes은 단일한 두께를 갖는 단일 라멜라 구조로, 그 크기는 100-400nm 범위에서 조절 가능하며, 수용액에서 분산가능한 물질을 간단히 집적할 수 있고, 반침투성을 나타낸다. 또한, 마우스 실험을 통해서 PICsomes이 혈액에서 원활하게 순환될 수 있다는 것이 확인되었다. 다른 크기를 갖는 PICsomes의 생체 분포는 종양을 갖는 마우스를 이용한 실험을 통해서 상세하게 조사되었다. 정상 및 종양 조직에서 침투성의 차이를 보이는 나노 전달체의 임계 크기(~150nm)는 장기순환 PICsomes을 이용하여 정해졌다. 다양한 바이오 이미지 탐침과 PICsomes의 호환성을 고려할 때, 본 연구 결과는 "나노 생리학" 분야에서 PICsomes의 잠재적인 응용 가능성을 보여준다.
Keywords: Drug Delivery System / Block Copolymers / Vesicles / Polyion Complexes / Bioimaging / Nano-Physiology

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PEG 수식 덴드리머를 이용한 X선 CT와 MRI

고지마 치에

<Abstract> X-선 CT(전산화 단층촬영)와 MRI(자기 공명 영상)와 같은 다양한 이미지화 기술이 개발되었다. 작은 분자량을 갖는 조영제는 몸에서 빠르게 배출된다는 점에서, 고분자로 이루어진 조영제가 유용하다. 덴드리머는 잘 정의된 구조와 여러 개의 말단 그룹, 그리고 내부 공간을 갖는 구형의 합성 고분자이다. 이와 같은 덴드리머를 폴리에틸렌 글리콜(PEG)로 수식하는 것은 생의학적 응용을 위해서 매우 중요하다. 본 원고에서는 PEG로 수식된 덴드리머를 이용한 X-선 CT 영상과 MRI 영상을 소개한다. 먼저, X-선 CT 영상을 위하여 표면을 PEG 덴드리머를 이용하여 수식한 금 나노입자를 합성하였다. 한편, 금 나노입자는 빛에 반응하여 열을 발생하는 성질이 있기 때문에, 광열 치료에도 응용할 수 있다. 이와 같은 점에서 PEG 덴드리머로 수식된 금 나노입자는 진단 및 치료의 두 가지 측면에서 유용하다. 다음으로 가돌리늄(Gd) 킬레이트를 결합한 PEG 덴드리머를 합성하였다. 이 덴드리머는 킬레이트 자체보다 강한 자기 공명 신호를 나타냈다. Gd 킬레이트를 결합한 PEG 덴드리머를 이용함으로써 혈액 풀(blood pool)과 심장의 시각화가 향상되었다. 일부의 분자 이미지 탐침이 덴드리머에 부착될 수 있다는 점에서 덴드리머는 뛰어난 복합 조영제로서의 응용이 기대된다.
Keywords: Dendrimer / PEGylation / X-Ray CT / MRI / In Vivo Imaging

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성장하는 고분자

가끔은 타협하지 말고

야가이 시키

<Abstract> 본 원고에서는 효소 기능을 모방한 유기촉매의 연구개발에서 시작된 필자의 연구 인생을 되돌아본다. 두 달 동안 인도 학생들과 함께 생활하고 일한 경험을 통해, 우리가 연구의 목표를 타협할 때, 새로운 발견을 할 기회를 놓쳐 버리게 된다는 사실을 배웠다.

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고분자과학의 최전선

천연 고무의 나노 매트릭스 구조와 물성

가와하라 세이치

<Abstract> 주성분의 분산질과 부수적인 요소의 매트릭스로 이루어진 나노 매트릭스 구조는 고무로부터 모든 단백질을 제거한 결과 얻어지는 천연고무에 형성된다. 집속 이온빔 전자현미경(FIB-SEM)과 투과 전자 마이크로 단층 촬영(TEMT)을 통해 천연고무의 나노 매트릭스에서 독특한 나노 상분리 구조가 발견되었다. 기계적 특성 및 양성자 전도성의 극적인 증가는 나노 매트릭스 구조의 형성과 관련이 있다. 결과에 따르면, 단백질과 인지질 등의 고무와 관련이 없는 요소의 나노 매트릭스가 평균 직경 약 1㎛의 천연고무 입자가 분산된 천연고무에서 형성된다는 것이 밝혀졌다. 이와 같은 결과는 나노 매트릭스 구조가 천연고무의 뛰어난 기계적 특성에 큰 영향을 미친다는 것을 나타낸다. 나노 매트릭스 구조적 특징은 무기물로 채워진 천연고무 복합체의 합성 등에 응용되었다.
Keywords: Natural Rubber / Nanomatrix Structure / Nanomatrix / Proteins / Phospholipids / Latex / Terminal Units / Graft-Copolymerization

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