연구보고서
광역동/광열치료의 통합적 치료를 위한 원소치환 기반 고효율 유기 감광제 개발 연구
(Development of high-efficiency organic photosensitizers/photothermal agents through element substitution and its application for integrated treatment)
□ 연구개요
본 연구는 유기 발색단 내 특정 원소(산소, 탄소 등)를 황 또는 이민기 등으로 전략적으로 치환함으로써, 전자상태와 전이 특성을 조절하여 차세대 광역동치료(PDT)/광열치료(PTT)제의 효율을 향상시키는 데 목적이 있다. 계산화학 기반의 예측과 실험을 병행하여 비중금속 기반 유기 감광제를 설계하고, 이를 통해 질병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 통합적 치료 시스템 구축을 목표로 한다. 특히, 높은 ROS 생성을 위한 효율적 계간교차(intersystem crossing, ISC)와 높은 비복사 전이 효율을 통한 광열 전환을 모두 갖춘 감광제를 설계하였다.
□ 연구 목표대비 연구결과
1. 최종 연구 목표: 유기 발색단의 특정 원소 치환에 따른 전자 상태 및 이의 전이과 정의 계산을 바탕으로, 1) 임상 조건을 충분히 만족시키는 차세대 광역동/광열치료제를 개발하고 2) 도출된 유기 감광제의 효능을 검증함으로써 질병의 진단과 다차원 치료가 동시에 이루어지는 통합적 치료 기반이 되는 유기 감광제 구조 디자인 전략을 수립함.
2. 고효율 ROS 생성 감광제 개발: 산소를 황으로 치환한 Naphthalthioimide 기반 감광제를 포함한 다양한 유기 감광제를 설계함으로써, 높은 계간교차 효율과 높은 일중항 산소 생성 효율을 달성함. 몰포린기를 도입해 리소좀 표적성과 저산소 환경 극복 메커니즘도 함께 구현함. 저산소 환경에서의 PDT의 효과가 제한되는 기존 유기 감광제에서의 한계를 극복하기 위해 다각도로 전략법을 도출함.
3. 광열 감광제 구조 설계 및 검증: C=CH-를 C=N으로 치환한 구조를 도입하여 높은 비복사 붕괴 경로를 통한 광열효율 향상을 달성함. 분자 내 운동 유도 열 전환 및 PIND 메커니즘 기반 구조 제안. one-step 합성을 통해 실제 적용 가능성을 높임.
4. 진단-치료 통합형 바이오이미징 프로브 개발: 이광자 여기, 근적외선영역, 세포내 점도/pH/바이오마커 변화 탐지 프로브 등 다양한 진단 기능을 병렬적으로 갖는 테라노스틱 프로브를 설계함.
5. 학술 및 기술 성과: 총 3년동안 연구한 결과를 통해 최종적으로 SCI 논문 17편 게재 (ACS Applied Materials & Interfaces, Coordination Chemistry Reviews, Sensors and Actuators B: Chemical 등), 국내·외 학술대회 발표 30건, 국외특허 출원 3건, 국내특허 출원 15건으로 기술적·학술적 기여 확인됨.
□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1. 활용 계획: 제안된 고효율 유기 감광제를 기반으로, 비중금속 감광제 시장에서 차별화된 치료용 소재로의 확장 가능, 바이오이미징 및 테라노스틱 분야에서 다기능성 프로브로 활용, 진단-치료 통합 기술로의 파급, 나노소재 기반 자기조립형 시스템으로 전환해 실제 생체 적용성 강화
2. 기대 효과: 고효율·고정밀의 맞춤형 치료시스템 구현으로, 저산소 종양 환경에서도 높은 치료 성능 발휘, 중금속 프리 감광제 개발을 통해 생체적합성·생분해성 향상 및 독성 저감, 국내 원천 융합소재 기술 확보로 진단 및 치료용 고부가가치 기술 선점 가능, 의약·바이오·에너지 소재 분야의 다분야 응용 확대 및 기초-응용 간 기술 연계 모델 창출
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
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