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  • 일산화질소 전달을 위한 새로운 전달시스템등록일 : 2015/01/02
  • MOF(metal-organic frameworks) 내에 일산화질소(nitric oxide)로 알려진 기체를 안정적으로 운반할 수 있는 방법이 프랑스 베르사이유대학 라부아지에연구소(Universite de Versailles` Institut Lavoisier)의 과학자들에 의해 개발되었다. 이렇게 포장된 화학물질을 이용해 의사들은 환자들에게 일산화질소(nitric oxide, NO)를 정교하게 투여할 수 있게 됨으로써, 생활성 물질을 위험한 감염 및 심장의 치료에 활용할 수 있는 새로운 방법이 되고 있다.

    일산화질소는 생물학적 신호 전달과정에 관여하는 매우 드문 기체분자 중 하나이다. 일산화질소는 매우 높은 생활성을 가지고 있으며, 박테리아, 식물, 동물 및 곰팡이 세포에서도 발견된다.

    인간의 경우, 일산화질소는 강력한 혈관확장제(vasodilator)로서 혈류를 증가시키고 혈압을 낮추는 역할을 한다. 이런 특성으로 인해 기체상태의 일산화질소는 미숙아의 호흡부전(respiratory failure)을 치료하는데 사용되기도 한다. 또한 일산화질소는 파괴적인 자유라디칼을 가지고 있어서 강력한 항박테리아 특성이 있으며, 인간 면역체계의 세포는 침입한 병원균을 죽이기 위해 일산화질소를 스스로 생산하기도 한다. 뿐만 아니라 혈관확장 신경전달물질로 남자의 발기에도 관여한다.

    이런 활성이 일산화질소가 약물 설계에 중요한 후보물질이 되도록 하지만, 문제는 기체상태의 일산화질소를 전달하는 것이다. 최근 MOF의 기체 저장능력 및 생체적합성이 향상되어 기체기반의 약물을 전달하는 후보물질로 상당한 관심을 받고 있다. MOF는 금속이온과 견고한 유기화학물질이 결합된 상태로 안정적으로 기체 물질을 포획할 수 있는 용해가능한 화합물질이다. 새로운 연구를 통해 이런 MOF가 전례없이 오랜 기간 동안 일산화질소를 저장하고 서서히 방출할 수 있도록 개발되었다. 이것은 약물의 항혈전효과(anti-thrombogenic action)의 핵심에 해당한다.

    Christian Serre는 항균 목적으로 MOF를 이용해 다량의 일산화질소를 저장하고 전달하는 것은 우아하고 효율적인 방법이라고 평가했다. 혈소판의 응집을 억제하는 방법으로서 오랫동안 매우 낮은 생물학적 수준의 일산화질소를 원하는 수준으로 방출할 수 있기 때문이다. Serre의 연구팀은 이전에 MOF와 같은 다공성 하이브리드 고체를 사용해 일산화질소와 같은 기체를 전달하는 방법을 소개한 바 있다. MOF 후보물질로써 iron polycarboxylates 유사물질에 대한 연구결과는 APL Materials지에 게재되었다.

    Serre 연구팀은 스코틀랜드 세인트앤드루스대학(University of St Andrews)의 Russell Morris 팀 및 프랑스 연구팀(Universite de Basse-Normandie)과 함께 본 연구를 수행하였다. 이들 연구팀은 몇몇 다공성의 생분해성 및 생체적합성 iron carboxylate MOF의 일산화질소에 대한 흡착과 방출 특성에 대해 분석하였으며, 이를 위해 적외선 분광법(infrared spectroscopy), 흡착 및 탈착 등온선(adsorption & desorption isotherms), 그리고 물을 이용한 방출 실험을 활용하였다.

    이렇게 함으로써, 연구팀은 철 프레임워크의 일산화질소 흡착 용량이 크다는 것을 확인하였으며, 일산화질소 분자가 산성 금속 사이트(site)에 강하게 결합한다는 사실도 밝혀냈다. 또한 연구팀은 3가 철을 2가 철로 부분적으로 환원시키면, 프레임워크에 대한 일산화질소의 친화도가 향상된다는 사실도 발견하였다. 이런 강력한 상호작용을 통해, 생물학적 수준에서 수 일에 달하는 오랜 시산 동안 서서히 방출할 수 있다. 방출시간은 MOF 구조 및 철의 산화상태에 따라 변화되며, 필요에 따라 신중하게 조절할 수 있다.

    이런 MOF의 생분해성과 낮은 독성과 관련된 성능들은, 연구팀이 가까운 미래에 실용화를 추구하고 있는 치료용 혹은 화장품 분야에 활용될 것으로 기대되고 있다. 현재 및 향후 연구에서는, 일산화질소가 흡착된 철 프레임워크의 복잡한 거동을 분석하기 위해 추가적인 분광학적 실험들을 진행할 것이다.

    그림> (좌측) 다공성 iron carboxylate MOF의 결정구조(철 팔면체=녹색, 산소=적색, 탄소=흑색, 수소=백색). (중앙) 철 사이트에 결합된 일산화질소 분자. (우측) 물에 의해 촉발된 일산화질소의 방출특성

    원문정보: "Porous, rigid metal(III)-carboxylate MOFs for the delivery of nitric oxide," by Jarrod F. Eubank, Paul S. Wheatley, Gaelle Lebars, Alistair C. McKinlay, Herve Leclerc, Patricia Horcajada, Marco Daturi, Alexandre Vimont, Russell E. Morris and Christian Serre,APL Materials, December 30, 2014. DOI: 10.1063/1.4904069

  • 키워드 : MOF, 일산화질소, 혈관확장제
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑