[ 화학 세특 ] 그래핀 신약개발

그래핀을 활용해 어떤 신약을 개발할 수 있을지 탐구해 보세요. 알츠하이머병, 파킨슨병을 포함해 수십, 수백 년 동안 인간이 정복하지 못한 난치병들을 극복하기 위해서는 이전까지 시도하지 않았던 창조적인 접근이 반드시 필요하니, 이를 해결할 수 있는 신약개발 전문가 및 의약학 연구원을 희망한다는 내용으로 세특작성을 마무리 해보시는 것을 추천드립니다.

그래핀 신약개발

 

1. 그래핀이란?

그래핀은 높은 전기 및 열전도도, 같은 무게의 강철보다 우수한 기계적 강도 등 여러 가지 뛰어난 물성들을 보이기에 물리, 화학, 기계 및 전기 공학 등 다양한 분야에서 주목받고 있습니다. 초기 그래핀을 활용한 대부분의 연구는 이러한 특성들을 극대화할 수 있는 투명 유연 전극으로의 개발에 중점되었으나, 이후 수용액 상에 녹을 수 있는 형태의 그래핀 기반 물질들이 생물학 및 의학 분야에 다양하게 활용될 수 있는 특성들을 지니고 있음을 보여주는 연구들이 보고되고 있습니다.

 

그래핀

 

2. 그래핀 기반 나노물질의 합성 및 분석

산화 그래핀의 합성 및 관련 연구들은 1958년, 수용액 상에 녹을 수 있는 산화 흑연을 얻기 위해 고안된 휴머스 방법(Hummer’s method)을 통해 시작되어 최근까지도 다양한 형태로 수정 및 개선이 진행되고 있습니다.

탑다운 방식은 탄소 이중결합으로 이뤄진 흑연의 전구물질(graphitic material)을 작게 쪼개는 기법으로, 그래핀 기반 나노물질 합성에 가장 보편적으로 활용되는 방식입니다. 바텀업 방식은 고분자, 탄수화물, 유기산 등의 작은 분자를 축합하여 그래핀 양자점을 합성하는 방식으로, 탑다운과 비교하여 상대적으로 안전한 합성법입니다.

그래핀 양자점의 크기 분석에는 투과 전자 현미경(TEM)을 주로 사용하며, 탄소 격자 분석(lattice analysis)을 통해 그래핀 기반 물질임을 동시에 확인할 수 있습니다. 그래핀 기반 물질들은 크기, 작용기의 유무(혹은 산화 정도) 등에 따라 독성에 차이를 보이기 때문에 세포 혹은 동물에 그래핀 양자점을 주입하는 실험의 경우 미리 세포 독성 여부를 확인하는 것이 좋습니다.

그래핀 기반 나노물질의 합성 및 분석

3. 그래핀 기반 나노물질의 바이오소재 적용 - 약물 전달 매개체 및 센서

그래핀 양자점은 아직 그 작용 기작이 명확히 규명되지는 않았으나 작은 크기를 활용하여 세포막 및 혈뇌장벽(blood-brain barrier; BBB) 투과가 가능한 것으로 알려져 있으며 산화 그래핀 등에 비해 높은 표면적을 갖고 있어 뛰어난 용해도와 적은 세포 독성을 자랑합니다.

 

4. 그래핀 기반 나노물질의 바이오소재 적용 - 치료제

그래핀 양자점은 구조적, 화학적 특성으로 인해 그 자체로 치료제로써 사용할 수 있는 잠재력이 존재합니다. 그래핀 기반 퇴행성 뇌 질환 치료제 연구로는 이러한 섬유화 응집 과정을 억제하거나 이미 형성된 응집체들을 분해하는 사례들이 소개되니다. 초기 알츠하이머병을 표적으로 한 그래핀 관련 연구들은 산화 그래핀을 활용한 사례들이 주로 보고되고 있습니다.

 

5. 정리

최근 그래핀 양자점 등 수용액 상에 녹을 수 있는 다양한 형태의 그래핀 기반 나노물질들이 생물학 및 의학 분야에 획기적인 변화를 가져올 수 있는 특성들을 지니고 있음이 보고되고 있습니다. 2차원 그래핀 필름이 처음 세상에 소개되고 뛰어난 특성들이 알려지며 즉각적으로 디스플레이 시장에 큰 반향을 일으킬 것으로 기대를 모았지만, 현재까지는 여러 기술적인 한계들을 보이며 초반의 기대치에 미치지 못하고 있는 실정입니다.

 

수용액 상의 그래핀 기반 나노물질의 바이오 소재 적용 또한 임상 약물로의 개발 등 우리가 실질적으로 체감할 수 있는 변화를 가져오기 위해서는 아직 더 알아내고 검증해야 할 관문들이 많이 남았다는 것이죠. 알츠하이머병, 파킨슨병을 포함해 수십, 수백 년 동안 인간이 정복하지 못한 난치병들을 극복하기 위해서는 이전까지 시도하지 않았던 창조적인 접근이 반드시 필요하니, 이를 해결할 수 있는 신약개발 전문가 및 의약학 연구원을 희망한다는 내용으로 세특작성을 마무리 해보시는 것을 추천드립니다.

출처 : https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=4274