갑상선은 갑상선호르몬을 만드는 내분비기관이다. 체내 영양분을 에너지로 변환시키는 갑상선호르몬은 체온 유지와 호흡, 장기 운동에 관여한다.

요오드가 체내에서 음이온인 요오드화물로 변하고 나트륨/요오드화물 수송체(NIS)를 통해 갑상선 세포로 들어가면 갑상선호르몬이 만들어진다. NIS가 오작동해 세포막 안으로 요오드화물이 과도하거나 부족하게 들어가면 각종 대사성 질환이 발병한다. 많이 먹어도 살이 빠지거나, 조금만 먹어도 살이 찌는 증세가 대표적이다.


미래창조과학부 산하 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문) 연구진은 세포막 간 요오드화물의 선택적 수송이 가능한 음이온 통로를 인공 합성해 대사성 질환의 근본적인 치료 가능성을 제시했다. 갑상선 관련 질환 뿐 아니라, 음이온 수송과 관계된 악성 종양 등의 질병 치료까지 광범위하게 적용할 수 있다.

연구진은 자기조립 분자를 활용했다. 포피린으로 만든 ‘유기 분자 케이지(PB-1A)’는 생체 적합도가 높으면서 안정적이고, 26면 다면체로 구조적으로도 튼튼하다. 게다가 수용액 내에서 높은 화학적 안정성을 가진다. 세포막의 주성분인 소수성 지질 내에 자연스럽게 들어가며, 안정한 구조를 유지한다. 특히 최근 학계에 보고된 요오드화물 수송 인공 통로에 비해 약 100% 향상된 수송 능력을 갖는다.

이전의 유기 분자 케이지는 수용액 상에서 그 자체가 분해되는 한계를 보였다. 또한, 케이지 내부가 비어있으면 구조적으로 불안정해져, 내부 빈 공간의 크기가 현저히 줄어드는 치명적인 단점이 있어 이온통로로 활용이 불가능했다.

김기문 IBS 복잡계 자기조립 연구단 연구단장은 “이번 결과는 구조적으로 안정한 유기 분자 케이지를 합성해 생물학적 음이온 통로로 활용한 최초의 성과”라며 “현재는 빛과 같은 외부 자극으로 이온 수송 조절이 가능한 인공 이온통로를 연구 중에 있다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 미국화학회지 온라인판에 5월 24일 게재됐다. /문병도기자 do@sedaily.com