화학과 이진용 교수 연구팀(공동 제1저자 임종현 박사)는 박성남(고려대학교), 김도경(경희대학교), 김종승(고려대학교), 홍창섭(고려대학교) 교수가 이끄는 연구팀과 공동연구를 통해 광역학치료요법(PDT)에 사용될 수 있는 새로운 유기 다공성 광감응제(PS)인 KUP-1 시스템을 개발했다. 해당 연구는 “Wavelength engineearable porous organic polymer photosensitizers with protonation triggered ROS generation” 라는 제목으로 2023년 3월에 Nature Communications (IF: 17.694)에 온라인 게재되었다.

PDT는 암 치료 및 미생물 감염치료를 위한 비침습적 치료요법 중에서 가장 매력적이고 유망한 도구이지만, PS의 여기로부터 활성산소종(ROS) 생성까지 여러 단계의 에너지 전이과정이 수반되기 때문에 최초 여기를 위한 파장대의 미세한 변화에도 ROS 생성의 효율이 크게 달라질 수 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 이유로 높은 ROS 생성효율을 유지하면서 PS의 여기 파장대 조건을 조절하는 것은 매우 어려운 과제이며 동시에 PDT의 치료 효율을 높이기 위해 반드시 필요한 연구이기도 하다.

이 연구에서 개발된 KUP 시스템은 금속이온을 포함하지 않는 이미다졸륨 기반의 유기 고분자 물질로 효율적인 one-pot 반응을 통해 합성이 가능하며, 구조내의 linker의 변형을 통해 높은 ROS 생성률을 유지하면서도 여기 파장대를 조절할 수 있기 때문에 PDT의 치료효율을 제고할 수 있었다. 하지만 자세한 작용원리를 알 수 없었는데, 이진용 교수팀은 비단열 분자동역학(NAMD) 시뮬레이션과 범밀도함수이론(DFT) 계산을 통해 KUP 시스템의 ROS 생성과정에서 나타나는 반응들의 상대적인 속도를 비교하여 양성자 KUP 시스템에서만 ROS가 생성되는 실험결과에 대한 이론적인 근거를 제시하였으며 양성화 KUP 시스템과 산소분자 사이의 흡착에너지가 중성 시스템보다 높게 나타나는 것도 확인하였다. 본 연구에서 개발된 새로운 광감응제를 통해 암 치료를 위한 광제어 치료법 발전에 기여할 것으로 기대된다.

*논문명:Wavelength engineerable porous organic polymer photosensitizers with protonation triggered ROS generation.