서울대 박승범 교수- 아주대 김은하 교수 연구팀 공동 개발
미국화학회지 표지 이미지는 제주도의 주상절리를 형상화한 이미지로서 기존의 테트라진 기반 형광프로브의 경우에는 파장이 길어질수록 발광효율이 떨어지는 것(앞의 4개 육각기둥의 높이로 형상화)에 반해서 서울플로어 기반 테트라진 프로브는 전 파장영역에서 높은 발광효율을 보이고 있음을 이미지로 나타냈다.
박승범 교수는 “이 연구의 전략을 통하여 서울플로어 뿐만 아니라 다양한 형광체를 기반으로 장파장 영역에서도 우수한 형광증폭 효율을 갖는 생물직교프로브를 개발할 수 있을 것”이라며, “특히 발현양이 적어 관찰이 어려웠던 생체 내 표적들을 선택적으로 추적할 수 있는 유용한 형광영상물질로 활용될 것으로 기대된다”고 설명했다.
네 개의 질소 원자를 포함하는 방향족 육각 고리 화합물인 테트라진 분자는 표적 물질과 빠른 생물직교반응을 일으킬 수 있는 화학 반응성을 지닌다는 점과 형광 분자에 연결하였을 경우 형광 신호를 감소시키는 형광 소광제의 역할을 할 수 있다는 두 가지 중요한 화학적 특징을 지니고 있다.
테트라진과 형광 분자를 연결시켜 만든 생물직교프로브의 작동 원리는 표적물질과의 반응 전에는 형광 신호가 꺼져 있지만, 표적물질과의 선택적인 생물직교 결합 반응이 일어나면 테트라진 분자의 화학 변형이 일어나면서 동시에 형광 신호의 증폭이 발생한다.
따라서 복잡한 처리과정 없이 관찰하고자 하는 생체 내 표적들의 위치를 증폭된 형광 신호로 알려주는 첨단 영상물질로 학계의 큰 주목을 받고 있다.
서울대 박승범 교수
박승범 교수팀은 기존의 생물직교프로브 디자인 방식이었던 형광체-테트라진 구획화 방식에서 벗어나 형광체와 테트라진 소광제의 분자단일화 방식을 제시하고, 파장에 관계없이 1000배 정도의 높은 효율로 형광 신호가 증폭되는 새로운 생물직교프로브들을 발굴했다.
서울플로어의 독특한 형광파장 조율 방식을 이용해 파란색, 초록색, 노란색, 오렌지색을 갖는 네 가지 생물직교프로브들을 분자단일화 디자인 방식을 통해 합성했다.
그 결과 분자단일화 방식을 통해 제작된 네 가지 프로브들은 파장 영역에 관계없이 모두 높은 형광증폭 효율을 갖는 물질임을 확인할 수 있었다.
이는 기존의 형광체-테트라진 구획화 방식이 가지고 있었던 가장 큰 제한점인 장파장에서의 형광증폭 효율 감소문제를 극복한 주목할 만한 연구 성과이다. 개발된 생물직교프로브들을 살아있는 세포의 미세소관과 미토콘드리아를 관찰하는 형광 탐지자 물질로 활용하였다.
이를 통해 다양한 형광 파장 영역에서 모두 우수한 형광 이미지를 확보할 수 있음으로서 다원동시 이미징 (multiplex imaging)으로 활용이 가능하다는 점을 증명할 수 있었다.
아주대 김은하 교수
한국연구재단 기초연구사업(리더연구자), 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행된 이 연구는 화학분야 국제학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 표지논문으로 1월 24일 자에 게재됐다.
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