중국과학원 항저우의학연구소(杭州医学研究所) 연구진이 생체 환경에 들어간 나노입자 42종의 표면에 어떤 단백질이 붙는지 비교했다. 연구진은 쥐의 혈청과 같은 분석 조건을 사용해 단백질 4465종을 찾아냈다. 나노입자 표면에 생기는 단백질 층이 재료의 성질에 따라 달라지고, 세포가 그 입자를 알아보고 내부로 들이는 방식에도 영향을 준다는 결과다.
중국과학원이 11월 9일 공개한 자료에 따르면 나노입자는 체액과 접촉하면 주변 단백질이 표면에 달라붙는다. 이 층을 단백질 코로나(蛋白冠)라고 부른다. 입자 자체에 붙어 있던 성분과 생체 환경에서 새로 붙는 단백질을 함께 고려해야 한다는 뜻이다. 세포가 만나는 것은 실험실에서 처음 만들었을 때의 깨끗한 입자 표면과 모양이 다를 수 있다.
연구진은 먼저 관련 연구 문헌 2400여 편을 분석해 기존 연구를 모은 데이터베이스를 만들었다. 문헌에는 재료와 실험 조건이 다른 자료가 섞여 있다. 두 연구에서 같은 입자에 다른 단백질이 붙었다고 보고했을 때 결과의 차이가 재료 탓인지, 실험에 사용한 체액이나 분석 방법 탓인지 분리하기 어려울 수 있다. 연구진은 비교 조건을 맞춘 자료를 별도로 만들었다.
새 실험 자료에는 표면 전하와 재료, 형태, 표면 가공 방식이 다른 나노재료 42종이 들어갔다. 연구진은 실험에 쓰는 쥐 혈청과 단백질 분석 절차를 통일했다. 혈청은 혈액에서 응고 과정 뒤 남는 액체로 여러 종류의 단백질이 들어 있다. 같은 혈청을 사용하는 조건에서는 입자 재료와 표면이 달라질 때 어떤 단백질 층이 생기는지 살펴보기 쉬워진다.
연구에서 식별한 4465종은 전체 실험 자료에서 확인한 단백질 수다. 모든 나노입자에 4465종이 똑같이 달라붙었다는 수치는 아니다. 관심사는 어느 재료에서 어떤 단백질이 더 많이 보였는지와 그런 차이가 세포 반응에 이어지는지다. 표면에 붙은 단백질의 양이 적더라도 세포의 특정 결합 부위와 잘 맞으면 입자의 이동에 영향을 미칠 수 있다.
음전하를 띤 나노입자에서는 세포 부착과 관련된 단백질이 더 많이 붙었다. 연구진은 이 단백질 층이 세포 표면의 인테그린 알파 V라는 수용체를 거쳐 입자가 세포 안으로 들어가는 과정에 관여함을 확인했다고 밝혔다. 인테그린은 세포가 주변과 맞닿아 정보를 주고받는 데 관여하는 단백질이다. 입자의 전하가 세포의 반응으로 이어지는 사이에 단백질 층과 수용체가 끼어 있다는 설명이다.
폴리에틸렌글리콜(聚乙二醇)로 입자의 표면을 가공했을 때는 단백질이 달라붙는 정도가 줄었다. 연구진은 면역계와 혈액 응고에 관련된 특정 단백질의 양도 선택적으로 줄어든 것을 관찰했다. 이런 변화는 실험에서 나노입자가 일으킨 면역 활성의 감소와 함께 나타났다. 입자의 겉면을 바꾸면 붙는 단백질의 전체 양뿐 아니라 단백질 종류의 구성도 달라질 수 있다는 사례다.
입자 모양도 중요한 변수였다. 둥근 입자와 모양이 다른 입자의 표면에서는 단백질이 닿을 수 있는 공간과 배열이 달라진다. 연구진은 형태에 따라 특정 단백질을 더 잘 붙잡는 경향을 확인했다고 설명했다. 재료의 이름이 같더라도 입자의 크기와 표면, 형태를 바꾸면 세포가 실제로 맞닥뜨리는 조건은 달라질 수 있다.
연구진은 세포가 입자를 흡수한 다음 어디로 보내는지도 살폈다. 살아 있는 세포 안에서 입자 가까이에 있는 단백질을 표시하는 방법을 개발해, 입자가 세포막에 붙은 뒤 세포 내부의 여러 구역을 지나 이동하는 흐름을 추적했다. 중국과학원은 연구가 세포 속 물질을 분해하는 구역이나 에너지 생산에 관여하는 구역에 이르는 경로를 살폈다고 소개했다. 입자의 바깥층을 조사한 실험과 세포 안의 경로를 본 실험은 서로 다른 단계다.
단백질이 붙는 성질을 분석 기술에 쓰려는 시도도 있었다. 혈청에는 아주 적은 양으로 존재해 한 번에 검출하기 어려운 단백질이 있다. 연구팀은 재료에 따라 특정 단백질이 잘 달라붙는다는 성질을 사용해 이런 단백질을 모으는 방법을 개발했다. 중국과학원은 종양과 관련된 표지 단백질을 분석하는 실험에 적용했다고 설명했다. 여기에서 적은 양의 표지를 모아 분석했다는 결과와 환자의 질환을 실제로 판별하는 검사의 성능은 다른 단계에서 검증해야 한다.
단백질의 종류와 양을 한 번에 비교하는 분석은 작은 차이를 살펴보는 데 쓰인다. 표면에 많이 붙은 단백질만 보면 종류는 적지만 세포의 결합에 관여하는 단백질을 놓칠 수 있다. 반대로 특정 단백질이 확인됐다고 해서 그것이 반응의 원인이라고 볼 수는 없다. 연구진이 수용체를 거친 세포 흡수 경로를 따로 실험한 것은 입자 표면에서 발견한 성분과 실제 세포의 반응이 이어지는지를 확인하기 위해서다.
과학원 소개에는 이렇게 모은 표지를 알아보는 핵산 조각 12종을 얻었다는 내용도 있다. 이 조각은 표지 단백질을 골라 붙잡는 검출 도구의 후보로 쓸 수 있다. 한 분석법이 여러 단백질을 구별해 검출할 가능성을 살핀 실험이며, 질환 판별의 정확도나 환자 진료 결과를 제시한 것은 아니다.
중국과학원은 관련 결과가 미국국립과학원회보(PNAS)에 온라인으로 발표됐다고 밝혔다. 이번 자료에서 제시한 나노재료 비교는 정해진 혈청과 실험 조건에서 나온 결과다. 사람의 체액에서 어떻게 달라지는지, 다른 재료에도 같은 경로가 나타나는지, 실제 검사에 쓰려면 어떤 추가 검증이 필요한지는 후속 연구의 문제다. 이번 연구는 입자를 설계할 때 재료와 모양뿐 아니라 생체 환경에서 새로 붙는 단백질도 관찰해야 하는 이유를 보여 줬다.
[참고자료]
중국과학원·항저우의학연구소, 2026년 11월 9일 공개 나노입자 단백질 코로나의 실험 자료와 세포 내 이동·검출 연구.
[研究人员比较四十二种纳米材料的蛋白冠]
中国科学院杭州医学研究所11月9日介绍，团队分析两千四百余篇文献，并在统一的小鼠血清条件下比较四十二种纳米材料，鉴定出四千四百六十五种蛋白质。颗粒的电荷、形貌和表面修饰影响蛋白冠组成，进而改变细胞识别和摄取。研究也探索低丰度蛋白的富集技术，临床检测仍需另外验证。
[어휘풀이]
纳米材料 / nàmǐ cáiliào / 나노재료
血清 / xuèqīng / 혈청
鉴定 / jiàndìng / 식별하다
电荷 / diànhè / 전하
形貌 / xíngmào / 형태와 외관
修饰 / xiūshì / 표면 등을 가공하다
摄取 / shèqǔ / 흡수하다
富集 / fùjí / 농축하다
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