[중국] 피렌 지원 그래핀 전극으로 캡처한 생세포 질환 수용체 연구


세포 표면 특이성 수용체(receptor) 및 단백질 마커(Protein markers)를 이용하여 특정 조직 및 특정 생리와 병리학(Physiological and pathological) 상태 하에서의 세포를 식별하고 캡처(Capture)하는 것은 질환에 대한 진단, 표적 치료(Targeted therapy)에 대해 중요한 의미를 보유하고 있다.

당단백질(Glycoprotein) 및 당 결합 단백질은 세포-세포, 세포-마이크로 환경 상호 역할의 중요한 매개체로 되는데 글라이코믹스(glycomics)의 발전에 따라 당단백질 및 당 결합 단백질의 중요성은 점점 더 큰 중시를 받고 있는 상황이다.

기존의 화학 당 생물학 검출 수단 기술은 복잡하고 수요되는 시간이 길고 원가가 높은 등 기술 단점을 해결하기 위하여 중국과학원 상하이(上海) 약물 연구소 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 ‘전기를 띤 설탕(Charged sugar)’ 시리즈 분자 프로브(probes)를 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.

연구팀은 높은 전기화학 활성을 보유하고 있는 퀴논 그룹(Quinone group)과 당류 결합(Saccharide conjugated)을 이용한 동시에 순서적인 분자 자체 조립 수단을 이용하여 분자 수준의 선택성 식별 렉틴(Lectin)의 설탕 퀴논 금 전극 단일 분자 층을 개발하는데 성공하였다(J. Am. Chem. Soc. 2011, 133:3649).

연구팀은 효율적인 클릭 화학 수단을 응용하여 갈락토스(Galactose)와 안트라 퀴논 그룹(Anthraquinone group) 결합을 실현한 동시에 더욱 경제적이고 제조가 간편할 뿐만 아니라 우수한 전기학 성능을 보유한 그래핀 재료로 휴대식 작업 전극을 개발하였다.

연구팀은 안트라 퀴논과 그래핀의 π-스태킹(Stacking) 순서적인 자체 조립을 통해 안트라 퀴논 전기화학 신호를 함유한 프로브 시스템을 구축하고 표현(expression) ASGPr(아시알로당단백질 수용체(Asialoglycoprotein receptor))의 간암 활성 세포에 대한 민감한 캡처(Sensitive Capture)를 실현하였으며 ASGPr이 유전자에 의해 녹아웃(Knockout)된 후 관련 전기 화학 센싱 신호가 뚜렷이 약화된다는 점을 입증하였다(Sci. Rep. 2013, 3: 2293).

연구팀은 관련 연구 결과를 기반으로 설탕 안트라 퀴논 골격(Sugar anthraquinone skeleton) 상에서 화학 클릭을 통해 도입한 피렌(Pyrene)을 더욱 단단한 그래핀 결합 그룹으로 사용하여 설탕 기 안트라 퀴논을 더욱 효율적으로 전극 표면에 배치할 수 있도록 함으로써 세포 표면 수용체의 식별 능력을 최적화하는데 성공하였다.

연구팀은 이런 시스템을 통해 다양한 세포 수용체 표면 량에 대한 실시간 모니터링을 최적화하고 확충하였다. 결과, 피렌의 갈락토오스(Galactose)-그래핀 전극은 효율적이고 특이하게 특이성 표면 ASGPr의 간암 hepG2 생세포를 캡처할 수 있는 것으로 나타났다.

그 외, 만노오스(Mannose)가 커버하는 전극은 IL-4 자극 단일 세포 RAW264.7 유도 분화를 거친 M2 타입의 대식세포(Macrophages)(높은 표현의 특이성 표면 렉틴 마커 만노오스 수용체 MR)를 통해 뚜렷한 전기화학 신호 변화를 생성시키지만 표현되지 않는 만노오스 수용체의 M1 대식세포, 단일 핵 세포 및 간, 자궁 경부 및 대장 등 조직 원천 대조 세포(HepG2, Hela, HCT116)에 대해서는 응답 신호를 생성시키지 않는 것으로 나타났다.

연구팀의 관련 연구 성과는 영국 왕실 화학학회 학술지인 Chemical Science 최신호에 발표되었다(2015, 6:1996).

연구팀은 이번 연구를 통해 설탕과 수용체 단백질에 대한 세포 수준의 모니터링을 위해 효율성이 높은 전기화학 도구를 제공하였다.

이번 연구는 국가과학기술부의 ‘중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)’ 비용, 국가자연과학기금위원회의 ‘혁신 그룹 연구개발 프로젝트’ 비용과 ‘걸출 청년 기금 프로젝트’ 비용, 상하이시(上海市) 과학기술위원회의 ‘기초과학 연구 프로젝트’ 비용 지원을 받아 실행되었다.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 7월 7일]