자성 나노입자의 생체응용

소개글

자성 나노입자의 생체응용에 대한 보고서 자료입니다.

목차

자성물질, 나노기술이란

나노 자성입자의 특징

DDS 시장 분석

최근 연구동향
- SIRNA를 이용한 유전자 치료제 전달체 연구
- 세포 전달체를 이용한 약물전달 기술
- 나노테크놀러지를 이용한 약물전달 연구

생체응용 분야
- 조영제(정의, 종류, 연구동향, 선택성)
- DDS(약물전달용 나노입자, 종류, 효과등)
- 온열치료(정의, 역사, 종류, 자기장 온열치료, 자성입자의 온열치료, 기술의 현황과 전망)
- 자장을 이용한 세포 및 입자의 분리
- 세포의 자성 분리 형태
- 분리과정 (3단계)
- 세포분리에 사용되는 자성입자의 조건
- 장점

본문내용

에서 최근에 많은 연구가 진행 중에 있다.
◆ 자성 온열치료 기술의 현황과 전망
자성 나노입자를 이용한 온열치료 기술은 세계적으로 아직 기초적인 수준에 머물러 있다고 볼 수 있다. 그럼에도 국내외에서 꾸준한 연구가 수행되고 있으며, 실용화를 위한 노력이 이루어지고 있다. 미국에서는 이미 Triton Bio-Systems(TBS) 사와 미 육군연구소에서 공동으로 연구를 수행하여 약물전달(drug delivery)과와 온열치료를 혼합한 기술(Targeted Nano-TherapeuticsTM)을 개발하여 2004년에 공개한 바 있다. 그러나 아직 임상 전 단계에 있으며, 미국 식품의약국(FDA)에 승인 신청서를 제출한 상태이다. 일본과 독일에서도 유사한 연구를 현재 수행하고 있으며, 많은 연구 결과들이 보고되고 있다.
재료공학적 측면에서 이 기술은 자성나노입자의 제조기술 개발, 코팅 및 도핑과 같은 나노입자 복합화 기술, 복합재료의 미세구조 제어기술과 입자표면 개질 및 단백질 고정화 기술 등과 같은 핵심 기반기술을 동시에 개발할 수 있어 다양한 산업분야에 파급효과가 클 것으로 예상되어 진다.
한편 의학적인 측면에서 볼 때, 직접 암세포를 괴사시키는 온도는 비교적 좁은 온도영역인 42~43℃이므로 인체 내에서 해당 온도로 40분 이상 유지하는 것은 기술적으로 쉽지 않은 일이다. 따라서 최근에는 방사선 치료나 항암제 치료의 효과를 증진시키는 비교적 가온이 용이한 작용 범위 내의 온도(38.5~41.5℃)에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 방사선과 병합 사용시는 방사선 치료에서 문제되고 있는 합병증의 증가 없이 방사선 치료의 단점을 보완하여 정상조직에 비해 “암세포에 더 큰 손상을, 암 조직에는 최대의 손상을” 주는 가장 이상적인 암의 치료 기술이 될 것으로 기대된다.
Ⅳ. 자장을 이용한 세포 및 입자의 분리
◆ 세포의 자성 분리 형태
첫 번째는 분리할 세포자체가 충분한 자기 모멘트를 갖고 있어서, 어떤 다른 수식이 없이 자성 분리를 할 수 있는 것이다. 자연에서 이러한 세포는 단지 두 가지만 존재하는데, 그 것은 높은 농도의 상자성 헤모글로빈을 함유하고 있는 적혈구와 세포안에 작은 자성입자를 갖고 있는 magnetotatic bacteria이다. 두 번째 형태는 세포와 매체간의 자화율의 차이를 주기 위하여 자성입자를 부착하는 것이다. 자성입자의 부착은 여러 가지 자연으로 존재하는 친화성 리간드에 의하여 개재되며, 이것은 세포표면의 항원 결정기에 대응하는 항체가 사용된다. 그러나 다른 특정 리간드들도 사용될 수 있다. 새롭게 형성된 복합물은 자성특성을 갖으며, 적절한 자성 분리기를 이용하여 사용되게 된다.
◆ 분리과정 (3단계)
1) 세포와 입자를 혼합 및 자성분리
관심대상의 세포를 함유하는 현탁액을 입자와 혼합한다. 표적세포와 자성입자와의 상호작용이 배양과정(30~60분)에서 일어난다. 형성된 자성 복합체는 적절한 자성 분리기에 의해 분리되고, 부유물은 버려지거나 다른 용도로 사용된다.
2) 세척(오염물 제거) 및 세포분리
자성복합체는 원하지 않는 오염물을 제거하기 위하여 수 회 세척한다. 자성입자가 부착된 세포는 배양 실험 등에 직접 사용 될 수 있다. 세포를 분리한 다음 여러 가지 방법(chromatography, electrophoresis, PCR 등 )을 사용하여 함유량을 분석 할 수 있다.
3) 자성입자 재활용
특정 목적을 위하여 자성입자를 분리된 세포로부터 여러 가지 방법을 이용하여 때어낼 경우가 있다. 떨어진 자성입자는 분리기를 이용하여 현탁액으로부터 제거 되고, 세포는 다른 분석이나 응용을 위하여 이용된다.
◆ 세포분리에 사용되는 자성입자의 조건
적혈구나 magnetotatic bacteria를 제외하고는 자장을 이용한 세포분리를 위하여 자성적으로 인지될 수 있어야 한다. 이를 위한 magnetotatic labelling은 자성 또는 초상자성 입자, 자성 콜로이드, magnetoliposom등을 이용 할 수 있다. 이중에서 대부분의 자성분리는 Fe3O4 또는 -Fe3O4 입자를 이용하며, 간혹 페라이트입자 또는 이산화크롬의 입자가 사용된다. 세포분리에 사용되는 자성입자는 1μm 또는 그 이상의 큰 입자와 50~200nm의 작은 입자 두 가지가 사용된다. 입자의 크기에 따라 입자의 물리적 특성과 처리 가능한 방법이 결정되게 된다. 두 가지 형태의 입자는 모두 많은 응용분야에서 성공적으로 사용되었으나. 특정목적을 위해서는 둘 중의 한 가지의 형태가 유리하게 적용된다. 사용되는 대부분의 입자들은 외부의 자장이 있을 경우에만 자기적 특성을 나타내는 초상자성태이다. 이 입자달은 간단한 자성 분리기에 의하여 현탁액으로부터 분리될 수 있다.
세포분리에 사용되는 자성입자의 기준
1) 화학적으로 안정, 세포분리에 사용되는 용액 안에서 응집발생이 적어야 한다.
2) 자장이 가해진 후에 잔류자화가 매우 적어야 한다.
3) 비특정 세포와 결합되지 않아야 한다.
4) 보관 중에 입자표면층의 결핍이 적어야 한다.
5) 과량의 압자와 입자로 labelling된 세포가 labelling되지 않는 세포로부터 빠르고 완전한 자성 분리가 되어야 한다.
6) 식균 작용이 최소화되는 크기이어야 한다.
◆ 장점
1) 혈액, 골수, 조직 균질액(tissuehomogenate), 음식, 물, 토양등과 같은
원료 표본에서 표적 표본을 직접 분리할 수 있다.
2) 세포분리를 위한 다른 일반적인 방법에 비하여 자성 분리는 비교적 간단하고 빠르다.
3) 크로마토그래피 또는 electromigratory분석을 위한 표본 농축과정으로 이용될 수 있다.
4) 자기장은 전기장과는 달리 이온이나 하전된 용액의 움직임에 방해를 주지 않는다.
5) 자성체와 비자성체의 자화율의 차이가 매우 크므로 매우 높은 선택성이 높은 분리 방법이 될 수 있다.
6) 일반적인 방법에서 수율을 높이기 위한 원심분리 또는 필터링 과정에 비하여 결합과 세척에 따른 전단력도 매우 작다.
7) 많은 표본 처리량과 고순도화를 위한 자동화는 복잡한 절차나 고가의 장비의 도움 없이 자성 분리기만으로 가능하다.

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