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파킨슨병 원인 활성산소 '콕 집어' 제거 나노입자 첫 개발

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IBS, 세포 안팎 활성산소 제거 세리아 나노입자 3종 개발
"활성산소가 일으키는 모든 질병에 치료효과 기대"

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 파킨슨병 주요 원인인 활성산소를 선택적으로 제거하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 현택환 연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)팀은 세포의 안팎으로 존재하는 활성산소를 영역별로 제거하는 세리아(산화세륨·CeO2) 나노입자 시스템을 개발, 파킨슨 질병 모델 생쥐에 적용해 치료 효과를 확인하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

이에 따라 이번에 개발된 세리아 나노입자 시스템은 활성산소로 생기는 질병들의 치료법 개발에 광범위하게 활용할 것으로 기대된다. 

(그림) 세포 내, 외 및 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자 : a), b), c)는 각각 세포 내(세포질) 표적 세리아 나노입자, 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자, 세포 밖 표적 세리아 나노입자의 구조를 나타낸 그림이다. d)에서와 같이, 세리아 나노입자는 입자 표면에서 Ce3+와 Ce4+산화 상태를 오가면서 재생 가능한 항산화 기능을 한다. e)는 세리아 입자 표면과 입자 크기에 따른 선택적 항산화 기능을 설명하는 그림이다. f)와 같이 연구진이 개발한 세리아 나노입자 시스템은 세포질, 미토콘드리아, 세포 밖 이렇게 3가지 영역에 존재하는 활성산소를 선택적으로 제거할 수 있다. [자료=기초과학연구원]

활성산소는 세포의 생존에 필수적인 요소로, 면역과 신호 전달에 중요하다.

하지만 농도가 지나치게 높아진 활성산소는 우리 몸에 필요한 생체 분자들을 무차별적으로 공격,  우리 몸에 필요한 생체 분자들의 전자를 빼앗아 산화시킨다. 이런 산화 스트레스는 세포를 늙게 하고 죽음에 이르게 한다. 

특히 활성산소로 인한 산화 스트레스는 신경 퇴행성 질환인 파킨슨병의 주요 원인 중 하나로 알려져 있다. 세포의 미토콘드리아 또는 세포질 영역에 존재하는 활성산소로 인한 산화 스트레스가 있다. 신경 염증으로 인해 세포 바깥 영역에 생기는 활성산소도 파킨슨 발병에 관여한다.

이렇듯 파킨슨병은 발생 과정이 매우 복잡하다.

하지만  활성산소가 발생하는 위치에 따른 영향을 규명하고 치료제를 개발하는 방법이 맞지만 선택적인 활성산소 제거 기술이 전무했다. 

이에 IBS 나노입자연구단은 미토콘드리아, 세포질, 세포 밖 이렇게 3가지 영역에서의 활성산소를 구분, 이들을 각각 제거할 수 있는 세리아 나노입자 구조를 3가지 영역 맞춤형으로 만드는 데 성공했다. 

연구진은 세리아 나노입자의 크기와 입자 표면의 전하 성질을 각각 다르게 함으로써 3가지 종류의 나노입자 체계를 완성했다.

크기가 작고(11나노미터, 1나노미터는 10억분의 1미터) 표면이 음전하를 띠는 세포질의 활성산소를 제거하는 세포질 표적 나노입자, 크기가 좀 더 크지만(22나노미터) 표면이 양전하를 띰으로써 미토콘드리아로 이동할 수 있는 미토콘드리아 표적 입자, 크기가 매우 커(400나노미터) 세포 내로 이동하지 못하고 세포 밖 활성산소를 제거하는 클러스터 형태의 나노입자가 그 구성이다. 

세리아 나노입자 시스템의 활성산소 제거 효과를 확인하기 위해서는 파킨슨 병 모델 생쥐의 뇌(선조체)에 3가지 종류의 세리아 나노입자를 각각 주입해 치료 효과를 관찰했다.

관찰결과 3종의 세리아 나노입자 중 세포질 및 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자들이 뇌염증과 산화 스트레스를 줄임으로써 도파민을 분비하는 신경 세포를 보호, 파킨슨병을 치료할 수 있음을 증명했다. 

현택환 IBS 나노입자연구단장은 “이번 결과는 활성산소를 세포 내, 외 및 미토콘드리아에서 선택적으로 제거하는 기술을 최초로 개발 했을 뿐만 아니라 이들의 파킨슨 치료 효과와 발병 원인 규명, 나노입자의 새로운 의학적 적용을 보여준 사례”라고 말했다. 

이번 연구결과는 독일 응용화학회지(Angewandte Chemie International Edition) 6월22일자 온라인판에 게재됐다.

◆ 연구자들이 직접 전하는 연구이야기

기초과학연구원(IBS) 현택환(왼쪽) 나노입자연구단장과 권혁진(가운데), 김도균(왼쪽) 연구원 [사진=기초과학연구원]

- 어려웠던 점은.

▲ 세포 밖에서 활성산소를 제거 하는 나노입자를 디자인하는 데 어려움이 있었다. 세포 밖에 존재 하려면 나노입자의 코어 크기가 200 나노미터(nm) 이상이 되어야 하는데 세리아 나노입자를 그 정도 크기로 만들면 표면적이 줄어들어서 활성산소를 제거 하는 기능이 재활용 되지 못 한다. 고심 끝에 3 nm 세리아 나노입자를 수십 만개를 클러스터 형태로 결합시키면 가능하겠다는 생각이 들었다. 그 결과 항산화 기능이 재활용 되는 세리아 클러스터를 개발했다.

- 이번 연구성과는 무엇이고 다른 연구와의 차별점은.

▲이번 연구결과는 활성산소를 세포의 위치에 따라 그 기능이 다를 것이라고 바라 본 과학적 시점 그 자체가 큰 성과이고 차별점이다. 지금까지 이런 관점에서 진행된 연구는 없었다. 이런 독창성과 성과를 인정받아 '독일 응용화학회지(Angewandte chemie)'에 투고한 지 최단 기간 2주 만에 곧 바로 상위 10% 이내 'Hot paper'로 게재 승인이 되는 진기록을 세웠다. 이번 연구진에 누적된 나노 기술을 바탕으로 개발된 세리아 나노입자 미토콘드리아 표적 나노입자, 세리아 나노입자 클러스터가 각각 세포 내, 외, 미토콘드리아 내의 활성산소를 선택적으로 제거가 가능함에 따라 파킨슨 질병의 발병에 세포 내 미토콘드리아 내 활성산소가 중요하다는 것을 밝혔다. 이 시스템은 활성산소가 발병에 관여하는 모든 질병들에 모두 유효할 것이라고 기대한다.

- 향후 연구계획은

▲ 활성산소를 선택적으로 제거 하는 세리아 나노입자 시스템은 세리아 나노입자를 선택적으로 세포의 특정 위치로 존재하게 하는 기술에 기초로 한다. 이 시스템을 이용해 세포 특정 위치로 항암제나 항산화제를 전달하는 연구와 특정 항산화 기능을 짧은 시간에 증폭시키는 기능을 추가해 세포에 적용하는 연구를 할 계획이다. 이 연구는 항암제와 치매 치료제 개발에 더욱 더 효과를 보일 것으로 예상한다.

  

kimys@newspim.com

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청해부대 작전구역 오만 남방까지 넓힌다 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 정부가 청해부대 작전구역을 소말리아 아덴만에서 오만 남방 해역까지 넓히고, P-8 해상초계기 1대와 폭발물처리반(EOD), 무인 소해전력을 추가 파견한다. 파견 인원은 75명 늘어 395명 이내가 된다. 파견 기한은 2027년 12월 31일까지다. 2009년 부대 창설 이후 고정익 항공기 편입은 처음이다. 국방부 관계자는 3일 백브리핑에서 "다음 주 차관회의와 국무회의를 거쳐 동의안을 국회에 제출하겠다"며 "올해 말까지는 통과돼야 한다"고 말했다. 현행 파견 임무는 12월 31일 끝난다. 임무에는 '항행의 회복 지원'이 새로 추가된다. 증원 내역은 EOD 30명, 초계기 45명이며 대부분 간부다. 무인 전력은 수상정과 잠수정 각 2세트로, 소해함은 보내지 않는다. 청해부대 왕건함(DDH-978)이 고속단정(RIB) 3척과 함께 해상 기동을 하고 있다. 정부는 청해부대 작전구역을 오만 남방 해역까지 넓히고 P-8 해상초계기 등을 추가 파견하는 동의안을 국회에 제출할 계획이다. [사진= 해군] 2026.11.05 gomsi@newspim.com 정부가 내세운 명분은 해적이다. 소말리아 해적 활동은 2025년 11건에서 올해 현재까지 36건으로 3배 넘게 늘었다. 연합 전력이 홍해와 호르무즈로 쏠린 공백을 파고들었다는 설명이다. 호르무즈 봉쇄로 홍해행 선박은 7~8배 늘었다. 후티와 사우디의 교전 탓에 청해부대 작전 구역은 600여마일에서 300여마일로 줄었다. 거점은 지부티가 유력하지만 확정되지 않았다. 국방부는 동의안 제출 뒤 지부티와 협상하고, 국회 동의와 지부티 협의가 끝나면 초계기를 사흘가량 준비해 보낸다는 계획이다. P-8의 작전 반경은 1200마일, 임무 시간은 4시간이다. 국방부는 "현재 능력으로는 이란 탐지가 불가능하다"고 했다. 쟁점은 호르무즈 연계가 될 것으로 보인다. 국방부는 '전쟁 불개입'을 첫 원칙으로 내걸고 "호르무즈와 전혀 관계없다"고 했다. 그러나 EOD와 무인 소해전력 파견에 대해서는 "허용적 환경이 될 때를 대비하지 않을 수 없다"며 "그 부분도 고려했지만 주는 아니다"라고 했다. '허용적 환경'은 미국·이란 종전이나 양측 양해각서(MOU) 체결로 항행의 자유 작전이 시작되는 경우로 정의했다. 실제 호르무즈에 투입할 때는 새 동의안을 받겠다고 했다. 현재 호르무즈 일대 기뢰 작전은 미국만 수행하고 있다고 국방부는 전했다. 지휘권은 합참의장이 갖는다. 국방부는 '독자 지휘체계'를 4대 원칙의 하나로 제시했다. 다만 청해부대가 연합 작전과 담을 쌓아온 것은 아니다. 연합해군사 대해적작전부대(CTF-151)는 연합해군사(CMF) 예하 부대이고, CMF 사령관은 미 해군 중부사령관과 5함대사령관을 겸하는 미 해군 중장이다. 청해부대 작전구역 확대 개념도. 정부는 소말리아 아덴만에서 오만 남방 해역까지 임무구역을 넓히고, P-8 해상초계기 1대를 추가 파견할 계획이다. 구역 경계는 대략적으로 표시했다. [이미지= AI 생성] 2026.11.05 gomsi@newspim.com 한국은 2010년 이범림 준장이 처음 CTF-151을 지휘했고, 2023년에는 고승범 준장이 지휘한 집중 작전에 청해부대 이순신함이 참가했다. 올해 8월 23일에는 윤현우 대령이 영국 해군으로부터 CTF-151 지휘권을 넘겨받았다. 그럼에도 이번 국방부 기자실 백브리핑에서는 P-8과 EOD의 CTF-151 편입 여부가 다뤄지지 않았다. 미군과의 감시·정찰 협력 수준을 묻는 질문에 국방부는 "추가 논의가 필요하다"고만 답했다. 다만, 정보 공유는 관련국과 수시로 해야 한다고 했다. 일본은 먼저 이 길을 갔다. 일본 해상자위대 P-3C는 CTF-151 사령부와 조율해 초계 구역을 정하고, 수집 정보를 관련 기관과 공유한다. '독자 지휘'에는 전례가 있다. 2020년 1월 정부는 청해부대 작전구역을 오만만과 아라비아만까지 넓히면서 미국 주도 호르무즈 호위연합인 국제해양안보구상(IMSC)의 통제 대신 한국군 단독 지휘를 택했다. 대신, 바레인에 있는 호위연합 본부에 연락장교 2명을 보냈다. 당시 이 결정은 미국의 요구에 응하면서도 이란과의 관계를 지키려는 절충으로 해석됐다. 일본도 같은 시기 원유 수급과 대미·대이란 관계를 함께 고려해 호위연합에 불참하고 독자 정보수집 활동을 택했다. 이번에도 국방부는 영국·프랑스 주도 이니셔티브에 연락장교를 파견했고, 이란에는 "우리를 비난하거나 공격 대상으로 삼지 않도록 충분히 설명하겠다"고 했다. 2024년 10월 1일 경기 성남시 서울공항에서 열린 건군 76주년 국군의 날 기념식에서 해군 P-8A 해상초계기가 전투기 호위를 받으며 비행하고 있다. 정부는 청해부대에 P-8 1대를 추가 파견할 계획이다. 청해부대에 고정익 항공기가 편입되는 것은 2009년 창설 이후 처음이다. [사진= 뉴스핌DB] 2026.11.05 gomsi@newspim.com 미국의 반응은 변수다. 국방부는 미측이 원하는 호르무즈 기여와 거리가 있다는 점을 인정하면서 "한미 소통은 아직 시작도 안 했다"고 했다. 교전규칙은 합참이 보완 중이며, 초계기에는 섬광탄 등 자체 보호 장비를 싣는다. 증액 예산은 예비비 등으로 충당한다. 이순신함 교체 때 증강하지 않은 이유를 묻자 "검토 안 했다고 말한 적 없다"고 답했다. 국회 통과도 순탄치 않을 전망이다. 김준형 조국혁신당 원내대표는 4일 기자회견에서 작전구역 확대를 "묘수가 아니라 꼼수"라고 규정했다. 그는 위성락 국가안보실장이 지난달 29일 국정감사에서 "결정된 것이 없다"고 답했다며, 한 번 넓힌 작전 범위가 추가 요구의 출발점이 될 수 있다고 주장했다. gomsi@newspim.com 2026-11-05 10:47
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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