생체 영상에 적합한 이광자 소듐 표지자의 합성 및 물성연구

Abstract

소듐 이온은 생체 내에 다른 금속이온들에 비해 고농도로 존재하며 생리학 및 병리학적으로 중요한 역할을 한다. 소듐 이온을 관찰하는 것 또한 중요하기 때문에 이를 관찰하기 위한 형광 표지자의 합성 또한 활발히 이루어져 왔다. 하지만 지금까지 상용화 되어 있는 소듐 이온 표지자는 대부분이 일광자 형광 표지자(one-photon fluorescent probe)이며, 생체 내에서의 소듐의 작용을 실시간으로 관찰하기 어려운 단점을 가지고 있다. 또한 분자의 크기가 커서 세포에 염색이 어렵고, 짧은 파장영역의 excitation 파장을 필요로 하기 때문에 조직의 깊은 곳까지 관찰하는데 어려움이 있으며, 세포의 자가형광(autofluorescence) 및 photobleaching 현상을 유발시킨다. 이러한 단점들은 이광자 현미경(two-photon microscopy)을 이용하면 보완 할 수 있다. 이광자 현미경은 긴 파장영역의 낮은 에너지를 excitation 파장으로 이용하기 때문에 세포를 손상 시키지 않으며 살아있는 조직의 영상을 얻을 수 있다. 하지만 이러한 이광자 현미경에 적합한 이광자 형광 표지자(two-photon fluorescent probe)의 개발이 미흡하며, 더욱이 소듐 이온에 선택적인 이광자 형광 표지자는 개발이 되지 않았다. 이에 소듐 이온에 선택적인 이광자 형광 표지자를 합성 하기 위해, 이광자 형광 효율이 좋은 염료를 합성하고, 소듐 이온에 선택적으로 작용할 수 있는 수용체를 합성하여 염료와 결합시켜 표지자(ANa1)를 합성 하였다. 합성한 표지자는 광물리적 특성을 측정하여 생체 내에 적합한지를 확인하였고, 이후 세포와 조직에 적용해 이광자 현미경 이미지를 얻는 실험을 진행하였다. 결과적으로 ANa1은 생체 내에 존재하는 다른 금속이온의 영향을 거의 받지 않으며 소듐이온에 선택적으로 형광을 나타낸다. 또한 PET(photo-induced electron transfer) mechanism에 의해 turn-off/on 작용을 하며, 일광자 형광효율 및 이광자 형광효율은 상용화된 표지자(SBFI, Sodium Green)에 비해 큰 값을 가진다. 분자량 또한 작아 세포에 잘 염색이 되며, 이광자 현미경을 이용하면 살아있는 조직의 100-200 ㎛깊이의 소듐 이온 또한 관찰 할 수 있다. 이러한 소듐 이온에 선택적인 이광자 형광 표지자인 ANa1은 다양하게 응용이 가능할 것이다. 다른 금속이온과의 상호작용 등의 생명과학 현상의 관찰이 용이해질 것이며, 생체 내에서 소듐 작용의 확인을 통해 질병의 조기진단 및 진단시약과 치료제 개발 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.