국내 연구진이 고형암(대장암, 위암, 간암, 췌장암 등 고형장기에 발생하는 암)의 진단 및 치료가 동시에 가능한 박테리아를 이용한 의료용 나노로봇(박테리오봇)을 개발하고 동물실험을 통해 그 타당성을 입증해 대표적인 난치성 질환인 암을 치료할 수 있는 능동형 약물전달체 방법론을 제시함으로써 한국의 높은 의료용 마이크로·나노로봇 기술 경쟁력을 입증했다. 기존의 수동형 나노약물입자가 아닌 능동형 의료용 나노로봇으로는 세계최초 사례이다
연구단은 본 논문에서 암 진단·치료가 동시에 가능한 박테리아를 이용한 나노로봇 (박테리오봇？)을 개발하고, 이를 이용하여 고형암(대장암, 유방암)를 효과적으로 진단·치료하는 새로운 패러다임을 제시했으며, 향후 박테리오봇을 이용한 관련 암 치료제 개발과 의료용 마이크로·나노로봇 개발 등에 관한 원천기술 확보가 가능할 것으로 예측된다.
이 연구는 항암 약물 및 약물 전달체와 같은 기존의 암 진단·치료에 있어 수동적인 방식의 한계를 극복할 수 있는 이동·약물전달이 능동적으로 가능한 의료용 나노로봇에 관한 새로운 방법론을 제시했다.
특히 고형암을 가진 동물(쥐) 모델을 이용해 박테리오봇의 암 지향성 및 암조직 내 타겟팅(표적화) 여부를 세계 최초로 밝혀, 향후 암 진단·치료가 동시에 가능한 능동형 약물전달체 개발 및 의료용 나노로봇 개발 분야에 활용할 수 있는 길을 열었다.
그 동안 많은 장점과 의료분야 활용성이 높은 마이크로·나노로봇 개발에 관해 세계 유수의 연구진들의 노력에도 불구하고 이제까지는 단편적인 운동성 연구에 머물렀고, 능동적으로 이동하고 특정질환을 지향하는 의료용 마이크로·나노로봇에 관한 연구 성과는 전무하며 세계적으로 권위 있는 학술지에 게재된다는 것은 극히 이례적이다.
또한 이 의료용 마이크로·나노로봇 기술(기능성 박테리아균주 개발, 능동형 약물전달체 개발, 의료용 마이크로로봇 개발 및 제어)은 국내 특허 출원 및 등록, 국제 PCT 출원과 미국, 유럽, 중국, 일본 등에 국제 특허 출원을 마친 상태이다.
박테리오봇의 구조는 크게 두 부분으로 나뉜다. 살아 있는 생물체인 박테리아와 약물이 들어 있는 마이크로구조체(3μm 크기)로 구성됐다. 박테리아는 유전자를 조작해 독성을 제거했으며, 편모로 움직여 조직이나 혈액 속을 유영한다. 그 박테리아들은 항암제 등 특정 약물이 들어 있는 마이크로구조체를 밀고 암이 있는 곳을 찾아가도록 설계됐다. 박테리아들은 암에서 분비하는 특정한 물질(예, 혈관형성촉진인자)을 표적 삼아 암을 찾아간다. 마이크로구조체는 박테리오봇이 암에 도착하면 터져 항암제를 암 표면에 뿌리게 된다. 박테리오봇의 이동 속도는 평균 초속 5μm 가량이다. 박테리오봇이 실용화되면 미세한 초기암도 찾아가 항암제를 주입할 수 있게 돼 암 진단과 치료에 획기적인 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구 총괄책임자인 전남대학교 로봇연구소 박종오 소장은 “이 연구 성과는 세계최초로 기존 암 진단·치료의 한계를 극복할 수 있는 새로운 능동형 약물전달체와 의료용 나노로봇이라는 의미가 있으며, 계속 활발한 의학·공학간 융합연구를 통해 다양한 난치성 질환의 진단·치료가 가능한 의료용 마이크로·나노로봇 개발에 관한 도약의 계기가 될 것”이라고 밝혔다.
미래창조과학부와 한국연구재단의 ‘미래유망융합기술 파이오니어사업’의 지원으로 전남대학교 박종오 교수의 ‘박테리오봇 융합연구단’에서는 과학전문지 ‘Nature’ 자매지인 ‘Scientific Reports’ 온라인 12월 최신판에 ‘박테리아기반 마이크로로봇을 이용한 암 진단？치료법에 관한 새로운 패러다임 (New paradigm for tumor theranostic methodology using bacteria-based microrobot)’라는 제목의 논문을 발표했다.