2021년 2월 과학기술인상, 서울대학교 박경표 교수 선정-방사선 피폭 시 활성산소 제거하는 방사선 보호제 개발

2021년 2월 과학기술인상, 서울대학교 박경표 교수 선정-방사선 피폭 시 활성산소 제거하는 방사선 보호제 개발

 

부서 과학기술안전기반팀

 

2021년 2월 과학기술인상, 서울대학교 박경표 교수 선정
- 방사선 피폭 시 활성산소 제거하는 방사선 보호제 개발 -

□ 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 노정혜, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 2월 수상자로 서울대학교 치의학대학원 박경표 교수를 선정했다고 밝혔다.

ㅇ ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구 개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다.

□ 과기정통부와 연구재단은 박경표 교수가 고선량 방사선으로부터 전신을 보호하는 나노입자 보호제를 개발하여 국민 건강 증진과 기초의과학 발전에 기여한 공로를 높게 평가했다고 밝혔다.

□ 방사선은 CT촬용, 반도체 검사, 공항 보안검색과 식료품 원료선별 등 일상생활에서 다양한 목적으로 활용되지만, 오남용 및 부주의한 사용 시 피폭으로 인한 안전사고 발생의 위험이 있다.

ㅇ 특히 세계적으로 항암 치료 및 진단 등 의료분야의 방사선 이용이 증가하면서, 피폭 부작용을 줄일 수 있는 약제 개발 경쟁이 치열한 상황이다. 2월 4일 ‘세계 암의 날’을 맞아 이번 박경표 교수의 연구 성과가 주목받는 이유이다.
□ 기준치 이상의 방사선을 쬐면 세포 내 물 분자가 분해되며 과량의 활성산소를 생성한다. 활성산소는 세포 내 소기관들을 산화시켜 기능을 상실케 하고, 심한 경우 죽음에 이르게 한다.

ㅇ 활성산소를 빠르게 제거하여 체내 손상을 줄이는 방사선 보호제 중 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 제품은 아미포스틴이 유일하다. 하지만 방사선 치료 시 타액선 보호용으로만 제한적으로 사용되고, 독성 등 부작용으로 다른 용도로 활용하기 어려운 실정이다.

□ 박경표 교수는 전신에 사용 가능한 방사선 보호제 개발을 위해 활성산소 제거 효과가 뛰어난 세륨-망간 산화물에 주목하고, 체내 독성 및 안정성 문제를 해결할 새로운 형태의 나노입자를 제작하고, 사람의 줄기세포로 만든 인공장기를 이용한 유전자분석을 통해 세륨-망간 산화물 나노입자의 방사선보호 메커니즘을 규명하였다.

□ 또한, 실험용 쥐에 아미포스틴 권장 투약량의 360분의 1에 불과한 극소량의 나노입자를 투약한 결과 방사선으로 인한 DNA 손상, 세포자살, 스트레스 등의 부작용이 획기적으로 개선되고, 세포 재생 관련 유전자 발현도 증가하였다. 연구결과는 2020년 8월 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)에 표지논문으로 실렸다.

□ 박경표 교수는 “이번 연구는 의학 뿐 아니라, 산업, 군사적 분야에서 방사선 피폭으로부터 광범위하게 인체를 보호할 수 있는 방사선 보호제 개발의 단초를 마련한 데 의의가 있다”라며 “후속연구를 통해 세륨-망간 산화물 나노입자가 방사선 보호제 외에도, 다양하게 인체에 적용될 수 있는 가능성을 모색하겠다”고 밝혔다.
참고 1. '21년 2월 수상자 주요 연구성과 설명
2. '21년 2월 수상자 이력
3. '21년 2월 수상자 인터뷰

참고1

'21년 2월 수상자(박경표 교수) 주요 연구성과 설명

<세륨-망간 산화물 나노입자 방사선보호제 개발>

ㅇ 방사선 피폭으로부터 인체를 보호하는 세륨-망간 산화물 나노입자 방사선보호제 개발
방사선으로 인해 생성된 활성산소는 세포 내의 다양한 소기관을 산화시켜 그 기능을 상실케 하고 결국 세포를 죽음에 이르게 한다. 때문에 체내에서 생성된 활성산소를 얼마나 효과적으로 제거할 수 있느냐가 방사선 보호제의 핵심목표이다. 세륨 산화물 나노입자 위에 망간 산화물 나노입자를 형성시켰을 때 세륨과 망간의 격자 불일치로 망간 산화물 나노입자 표면에 에피텍시얼 스트레인이 형성되었고 이렇게 합성된 세륨-망간 산화물 나노입자의 항산화 효과는 매우 뛰어났다. 이후 동물실험 및 인간 오가노이드 모델을 이용하여 세륨-망간 산화물 나노입자의 방사선보호 메커니즘을 규명하였다.

ㅇ 쥐 모델에서 합성나노입자의 방사선보호효과 확인: FDA 승인된 아미포스틴(Amifsotine)과 방사선 보호 효과 비교.(본 연구결과: CeO2/Mn3O4)
현재 가장 효과적인 임상 방사선 보호제로 알려진 아미포스틴(Amifostine) 권장 투약량의 1/360 수준의 매우 적은 양의 합성나노입자를 쥐에 투여한 후 치사율 100%의 고선량(13Gy) 방사선에 노출한 결과 무려 66%가 생존하였다. 이는 아미포스틴보다 약 3.3배 높은 생존율이다(그림 a). 쥐의 조혈장기(정강이뼈: b)와 위장기관(소장: c)을 채취하여 조직학적 특성을 관찰한 결과 합성 나노입자를 투여한 군에서 장기 손상이 줄어들었고 활발하게 장기재생이 유도되고 있음이 확인되었다(그림 b, c).

참고2

'21년 2월 수상자(박경표 교수) 이력

□ 인적사항

o 성명 : 박 경 표
o 생년 : 1956년
o 소속 : 서울대학교 치의학대학원

□ 주요 경력
o 1995. 3. ~ 현재 서울대학교 치의학대학원, 조교수, 부교수, 교수
o 2017. 11. ~ 2018. 10. 대한생리학회, 회장
o 2015. 11. ~ 2017. 11. 대한 기초치의학 협의회, 회장
o 2008. 9. ~ 2017. 8. 기초의과학센터(MRC), 센터장
o 2007. 11. ~ 2009. 11. 대한구강생물학회, 회장
o 2004. 11. ~ 2010. 10. 대한생리약리학회지(KJPP, SCI 저널), 편집장
□ 전문 분야
o 방사선 피폭에 의한 조직 손상 및 재생 연구
o 다양한 플랫폼을 이용한 타액-외분비선 발생 및 재생기전 연구
o 분비기능 저하기전 연구

 

참고3

'21년 2월 수상자(박경표 교수) 인터뷰

방사선은 첨단산업은 물론, 군사, 의료 분야 등 다양한 곳에서 활약하는 약방의 감초입니다. 전 세계 사망률 1위인 암을 진단하고 치료하는 데도 큰 역할을 합니다. 일반인에게 허용된 연간 방사선량 한도는 1mSv(밀리시버트). 평소 병원에서 엑스레이와 CT를 촬영하거나 공항의 보안검색대를 지나는 정도로는 피폭을 걱정할 필요는 없습니다. 상상하기 싫지만 방사선을 다루는 산업·의료현장에서의 부주의로 인한 안전사고, 또 최악의 원전사고를 그린 영화 <판도라> 속 같은 불의의 사고가 발생할 경우 우리는 피폭의 우려에서 자유롭지 못한 현실입니다.

지난 25년간 생리학 및 분자세포생물학을 기반으로 타액선 발생과 재생 연구에 매진해온 박경표 교수가 방사선 보호제 개발에 나선 이유이기도 합니다. 발생 및 재생연구를 수행하면서 방사선 조사로 인한 손상 모델을 사용한 박경표 교수는 이 과정에서 방사선 보호제 개발에 관심을 갖게 되었습니다. 그리고 극소량만 사용해도 방사선 피폭 때 생기는 활성산소 제거 효과가 뛰어난 방사선 보호제 개발을 이끌었습니다. 1995년 서울대학교에 부임한 이래 과학적으로 사고하는 습관, 그리고 정직을 철칙으로 기초의학 발전에 헌신해온 큰 스승입니다. 현재의 성과에 안주하지 않고 기초의학 연구와 후학양성에 힘을 쏟는 박경표 교수의 연구실을 찾았습니다.

o 이달의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하드립니다. 수상 소감 한 말씀 부탁드립니다.

- 상복이 없는 편인데, 과학기술인상을 수상하게 되어 개인적으로 기쁘고, 정말 영광스럽게 생각합니다. 해당 학문 분야의 최고 학술지에 논문을 싣기 위해서는 학제 간 융합연구가 필수적인데요. 이공계 현택환 교수님과 세륨-망간 산화물 나노입자를 공동 개발할 수 있었던 것은 정말 좋은 기회였습니다. 따라서 이 연구는 이공계와 의․약학, 특히 치의학 연구와의 좋은 융합 연구의 본보기로서 향후 이러한 연구가 계속되길 기대합니다.

o 치의학자이자 기초의과학자로서 타액선 질환 및 자가면역질환과 관련 연구를 오래 진행하셨습니다. 최근에는 외분비선 장기들의 재생과 방사선 보호제에도 관심을 보이셨는데요. 교수님의 주요 연구주제에 대해 소개해주세요.

- 타액선은 구강 건강을 유지하는 데 있어 필수적인 장기입니다. 윤활 작용과 같은 기계적 기능을 할 뿐 아니라 타액은 완충능, 항균물질 등을 함유하고 있어 타액선 질환 시 치아우식을 비롯해 구강건조증 그리고 이로 인한 다양한 구강질환이 야기됩니다. 또한 타액선은 면역과도 관련이 있다는 사실이 최근 밝혀지고 있습니다. 예를 들면 쇼그렌 증후군 같은 자가면역질환의 경우 안구건조증 및 구강건조증이 가장 먼저 나타나는데 그 기전은 잘 알려지지 않았습니다. 저는 자가면역질환을 포함해 타액-외분비 기능저하가 어떻게 일어나는지 살펴보았습니다. 최근에는 손상된 외분비선 장기들을 어떻게 재생시킬 수 있는지 알아보기 위해 발생 및 재생연구를 수행하면서 방사선 조사로 인한 손상 모델을 사용하게 되었고, 이 과정에서 방사선 보호제 개발에 관심을 갖게 되었습니다.

o 치과대학을 졸업 후 의사가 아닌 연구자의 길을 선택한 이유가 궁금합니다.

- 환자를 직접 치료하는 것도 보람 있는 일이지만, 연구를 통해 치의학 발전에 이바지하고자 생각하였습니다. 치과대학 졸업생 대다수가 개원의 길을 택하지만 우수한 인재들이 기초 의과학자의 길을 가는 것도 치의학 발전을 위해 반드시 필요합니다. 개인적으로는 안주하는 것보다 도전을 택한 것인데요. 그런 의미에서 연구는 좀 더 도전적인 일이라 생각합니다. 그 연장선에서 기초의과학연구센터(MR C) 센터장을 맡아 기초의과학자 양성에도 힘을 쏟았습니다.

o 산업 및 의료분야의 방사선 이용이 증가하고, 인접국의 원자력발전소 확장 정책 등 사회적으로 방사선 피폭의 위험이 존재하는 만큼 그 부작용을 감소시키는 약제 개발의 의미가 큽니다. 관련 주제에 관심을 갖고 연구를 시작하신 계기가 있나요?

- 일본 후쿠시마 원자력발전소의 폭발로 인한 방사능 오염 문제는 일본 땅에 국한되지 않습니다. 일본 정부가 방사능 오염수를 바다에 방류하겠다고 밝힘에 따라 우리나라를 포함한 인접국들의 우려가 매우 큽니다. 하지만 이보다 더 심각한 문제는 바로 한반도를 마주보고 있는 중국의 원자력발전소들입니다. 중국에서 체르노빌 원자력발전소 사태와 같은 사고가 발생할 경우 우리나라에 직접 영향을 끼칠 수 있는 원자력발전소는 무려 10기도 더 됩니다. 현재 방사선 피폭으로부터 인체를 보호할 수 있는 물질은 아미포스틴으로 미국 FDA의 승인을 받은 유일한 약제이기도 합니다. 하지만 아미포스틴은 방사선 치료 시 타액선 보호라는 제한된 용도로만 허가가 났습니다. 인체 내에서 매우 불안정하고 심각한 부작용을 보이기 때문입니다. 따라서 타액선뿐만 아니라 방사선 피폭으로부터 전신을 보호할 수 있는 방사선 보호제 개발의 필요성을 절감하고 연구를 시작하였습니다.

o 방사선 보호제 개발의 주요내용과 의의에 대해 소개해주세요.

- 인체가 방사선을 조사받으면 수 밀리 초 내 인체 내 물 분자는 방사선분해로 인해 과량의 활성산소가 생깁니다. 이러한 활성산소는 세포에 심각한 손상을 입혀 심하면 죽음에 이르게 합니다. 세륨 산화물이 항산화 효과를 가진다는 것은 어느 정도 알려진 사실인데요. 연구진은 격자 불일치로 인한 흡착에너지 조율을 통해 나노입자의 항산화 성능을 극대화하였습니다. 즉 세륨 나노입자 표면에 격자 간격이 좁은 망간 산화물 나노입자를 형성시킴으로써 망간 산화물 표면에 격자가 벌어지면서 생기는 에피텍시얼 스트레인을 형성시켰지요. 이렇게 합성된 세륨-망간 산화물 나노입자는 기존 세륨 산화물 나노입자에 비해 최대 약 5배 이상 향상된 항산화 성능을 보여주었습니다. 이어 진행된 동물실험에서 합성 나노입자 투여는 방사선으로 인한 다양한 DNA 손상, 세포자살 및 스트레스 관련 유전자 발현을 획기적으로 줄일 수 있음을 확인하였고, 체내 실험(in-vivo)에서도 고선량 방사선 노출 시 높은 생존율을 보여주었습니다.

o 방사선 보호제 외에도 장기(Organ) 발생 및 재생에 관한 연구에서도 의미 있는 결과를 도출하셨습니다. 관련 연구 성과도 소개해주세요.

- 체내 장기가 손상돼 그 기능을 상실했을 때, 근본적인 치료법은 해당 장기를 복원하거나 재생하는 것입니다. 연구진은 장기 발생과정에서의 히알루론산의 역할을 규명한 뒤, 이를 조직공학에 유용하게 적용할 수 있음을 확인했습니다. 또한 히알루론산에 카테콜기를 결합, 화학적인 변형을 주면 기존 생체지지체들의 물리화학적 단점을 극복해 타액선을 비롯한 상피세포 유래 장기 배양을 좀 더 효율적으로 할 수 있음을 밝혔습니다. 해당 연구를 통해 2건의 특허를 출원했으며, 연구결과는 미국화학회(ACS)의 나노분야 국제학술지 ‘AMI' 와 생체소재 분야 국제학술지 악타 바이오머터리얼리아(Acta Biomaterialia)’에 출판됐습니다.

o 교수님의 다양한 연구 성과가 의학, 나아가 인류의 삶의 질 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

- 방사선은 산업계, 의학 분야에서도 널리 사용되기 때문에 피폭 가능성은 상존합니다. 따라서 우리의 연구결과는 갑작스러운 핵 재앙뿐 아니라 평소 방사선을 취급하는 산업계 및 의학계 종사자들을 방사선 손상으로부터 보호할 수 있을 것입니다. 또한 본인은 치의학에 수십 년간 몸담으며 구강건강이 전신건강과 직결된다는 믿음을 갖고 있습니다. 인구 고령화는 세계적인 추세입니다. 우리나라도 예외가 아닌데요. 건강수명의 연장, 즉 사망 때까지 건강하게 사는 것, 이것이 웰빙이자 현대인이 추구하는 바입니다. 건강의 기본이 되는 충분한 영양 섭취를 위해서는 저작과 연하 기능에 중요한 역할을 담당하는 구강조직의 건강이 잘 유지되어야 합니다. 최근에는 구강질환이 치매, 대사질환 등의 전신질환과 직결되어 있다는 연구결과도 있습니다. 그간의 연구들이 고령화 시대, 인류의 건강증진에 미약하나마 도움이 되었으면 하는 바람입니다.

o 연구뿐만 아니라 ‘대한생리약리학회지’편집장을 비롯해 ‘대한구강생물학회’회장, ‘전국기초치의학협의회’회장, ‘대한생리학회’회장 등을 역임하며 국내 치의학과 기초의학의 전문성과 위상을 제고하는 등 학술활동에도 많은 공헌을 하셨습니다.
- 연구 발전을 가로막는 연구 장벽은 비교적 많이 해소되었다고 생각합니다. 생리학을 전공하는 기초 의과학자로서 의학, 수의학, 약학 등 의․약학 계열 전반의 생리학 전공 교수님 및 연구자들과의 만남을 통해 많은 과학적 정보를 교류할 수 있었습니다. 또한 상호 교류 및 공동 연구는 연구 성과의 질을 높이고, 학문의 균형 발전이라는 측면에서도 고무적이라고 생각됩니다. 특히 기억에 남는 것은 ‘대한생리약리학회지(Korean Journal of Physiology & Pharmacology)’공동 편집장으로 재직 중 해당 학술지가 SCI 학술지로 등재됐습니다. 이는 국내 기초의학의 수준이 선진국 수준으로 발전했다는 것을 의미하여 지금도 큰 보람을 느낍니다.

o 30년 연구 외길을 걸으며 어려움도 많았을 텐데요. 과학자로서의 평소 생각하고 실천해온 삶의 자세도 함께 들려주세요.

- 연구비 중단이나 연구원 부족 등, 돌이켜 보면 그동안 어려움도 적지 않았습니다. 하지만 한눈팔지 않고 꾸준하게 일관된 연구를 수행한 결과가 오늘의 결실을 만든 것 같습니다. 연구는 팀워크입니다. 연구 아이디어 창출 및 실제 연구수행은 우수한 동료, 학생 그리고 연구원이 함께할 때만 가능한데 이런 면에서 저는 운이 좋았습니다. 자기 관리 비결이라면 평생 하는 일인 만큼 연구도 페이스 조절이 필요하겠지요. 연구실에서는 연구에 전념하지만 일단 집에 돌아가면 잊어버리려고 노력합니다. 또한 체력 유지를 위하여 테니스를 취미로 하고 있습니다.

o 연구실을 이끄는 스승으로서도 많은 역할을 하셨습니다. 평소 연구자로서, 스승으로서 학생들과 연구실 구성원들에게 강조하는 내용은 무엇인가요?

- 우수한 연구자가 되기 위해선 두 가지가 필요하다고 생각합니다. 성실함은 기본이고 하나는 과학적으로 사고하는 습관 그리고 또 다른 하나는 정직입니다. 최근 연구윤리가 많이 강화되었지요. 시간에 쫓겨 거짓된 혹은 검증되지 않은 부실한 데이터를 내는 일은 절대로 없어야 할 것입니다.

o 지금까지의 연구 성과를 기반으로 앞으로 도전하고 싶은 목표는 무엇인가요?

- 그동안 일관되게 타액-외분비선에 관한 연구를 수행하였으니 앞으로 성공적인 장기 재생까지 결실을 보고 싶습니다. 그리고 최근에 발표한 세리아-망간 산화물 나노입자가 뛰어난 항산화 능력을 갖고 있음을 확인하였는데 방사선 보호제 외에도, 다양하게 인체에 적용할 가능성도 모색해 보고자 합니다.

o 미래 과학자를 꿈꾸는 학생들에게 조언 또는 당부의 한 말씀 부탁드립니다.

- 과학적 이론 외에도 가장 기초적인 실험부터 그 세부 원리를 차근차근 확실히 배워가는 것이 중요합니다. 실험을 하다 보면 최종 결과가 예상 밖으로 나올 수 있는데, 기본이 충실하면 실수를 좀 더 빨리 찾아낼 수 있습니다. 요령을 부려 한 스텝을 생략한다면 오히려 해결책을 찾는데 더 많은 시간이 걸립니다. 그리고 좋은 논문을 틈틈이 읽어 자신의 연구가 독창적인 것이 되도록 노력해 나가야겠지요.