​

장영태 포스텍 화학과 교수[사진=신선경 기자]
장영태 POSTECH(포스텍) 화학과 교수는 지난해 가장 단순한 탄소 분자인 포름알데히드를 사용해 기존보다 저렴하고 효율적으로 유기형광분자를 합성하는 데 성공했다.

유기형광분자는 특정 파장의 빛을 흡수해 형광을 내는 물질로 암세포 추적이나 유전자 분석 등 의료 진단 및 생체 이미징 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.

장 교수는 “이번 연구를 통해 생명과학 연구와 진단 분야에서 유기형광분자의 활용 범주를 넓힐 것으로 기대된다”며 “이 기술은 질병의 진단 뿐 아니라 치료에도 도움이 될 것”이라고 했다.

끊임없는 연구를 통해 생명을 밝히는 데 기여하고 있는 장영태 교수를 만나 그가 주력하고 있는 연구에 대한 설명과 앞으로의 포부에 대해 들어봤다.

# 탄소 분자인 포름알데히드를 사용해 기존보다 저렴하고 효율적으로 유기형광분자를 합성하는데 성공하셨다. 이 연구에 대한 설명과 합성 성공이 미치는 영향력이 궁금합니다.

- 형광 물질은 우리가 흔히 사용하는 형광펜에 들어있는 성분과 같은 원리로, 특정 빛을 흡수하고 다시 방출하는 성질을 가진 물질입니다. 이러한 형광 물질은 바이오 이미징, 즉 생체 내부를 시각적으로 표현하는 데 중요한 역할을 합니다.

바이오 이미징의 가장 쉬운 예는 일반 사진 촬영이지만, 인체 내부를 보기 위해서는 엑스레이나 CT, MRI와 같은 기술이 사용됩니다. 그러나 우리가 해부학 책에서 보는 동맥은 빨갛고, 정맥은 파랗게 표현된 이미지는 실제 사진이 아니라, 솜씨 좋은 화가가 그린 것입니다. 실제로 해부를 해보면 혈관을 색으로 구분하는 것은 어렵기 때문에, 가시적으로 구분하기 위해 색을 입힌 것입니다.

인체 내부의 세포나 조직은 대부분 무색이기 때문에, 이를 보기 위해서는 색을 입히거나 특정 물질을 사용해야 합니다. 예를 들어, 세포 분열 과정에서 염색체가 보이는 이유는 특정 염색약을 사용해 DNA를 염색했기 때문입니다. 사실 염색체라는 용어 자체가 ‘염색되는 물질’이라는 뜻에서 유래했습니다.

세포를 더욱 자세히 구분하고, 암세포와 정상 세포를 판별하기 위해 형광 물질이 사용됩니다. 암세포는 특정 단백질이나 바이오마커를 가지고 있으며, 이를 형광 물질이 결합하게 설계하면 암세포만 형광으로 보이게 만들 수 있습니다. 이렇게 특정 단백질에 선택적으로 결합하는 형광 물질을 ‘프로브’라고 하며, 이와 결합하는 특정 단백질을 ‘바이오마커’라고 부릅니다.

예를 들어, 수술 중 암세포를 제거할 때, 형광 물질로 암세포를 선택적으로 염색하면, 외과의사가 암세포를 육안으로 확인하고 제거할 수 있습니다. 이러한 기술을 활용하기 위해서는 형광 물질을 매우 정교하게 디자인해야 합니다.

형광 물질을 설계하는 방법 중 하나는 특정 단백질과 결합할 수 있도록 맞춤 제작하는 방식입니다. 하지만 이 방법은 시간이 오래 걸리고, 실패할 가능성도 큽니다. 그래서 대량의 형광 물질을 제작한 후, 암세포와의 반응을 통해 적합한 프로브를 선별하는 방식을 선택했습니다. 마치 인체의 면역 체계가 항체를 대량으로 생성하고, 그중 효과적인 항체를 선별하는 방식과 유사합니다.

싱가포르에서는 대규모 연구 프로젝트를 진행하며, 1만 개 이상의 형광 프로브 라이브러리를 구축했습니다. 이 라이브러리는 전 세계에서 가장 큰 형광 물질 컬렉션으로, 다양한 세포와 조직에 적용해보는 연구를 진행했습니다. 예를 들어 암세포, 줄기세포, 신경세포, 면역세포 등 다양한 세포를 구분하는 실험을 수행했습니다.

이 기술은 진단뿐만 아니라 치료에도 활용될 수 있습니다. 특정 암세포만 선택적으로 형광으로 표시하고, 이를 기반으로 수술할 수 있는 기술이 발전하고 있습니다. 그러나 사람을 대상으로 하는 임상시험은 추가적인 안전성 검증과 막대한 비용이 필요하기 때문에 상업화까지는 많은 단계를 거쳐야 합니다.

형광 물질을 활용한 바이오 이미징 기술은 여전히 발전 중이며, 보다 안전하고 효과적인 질병 진단 및 치료를 위해 꾸준한 연구가 진행되고 있습니다.