- 국내 연구진, 방사성동위원소 표지로 맥신의 체내 이동·배출 과정 영상으로 확인

- 폐에서 간·비장으로 이동 후 배출…21일 후 주요 장기에 뚜렷한 이상 없어

한국원자력의학원(원장 임일한) 박지애 박사 연구팀은 나노소재 맥신(MXene)이 몸속에서 이동하고 머무르다 빠져나가는 과정을 양전자방출단층촬영(PET) 영상으로 21일간 추적했다고 밝혔다. 암 치료와 진단에 쓰일 차세대 소재로 주목받는 맥신을 의약품으로 쓰기 위해 반드시 알아야 할 체내 거동을 밝힌 것이다.

맥신(MXene)은 티타늄과 탄소로 이뤄진, 원자 몇 개 두께의 얇은 판 모양 나노소재다. 표면에 약물이나 영상용 물질을 붙일 수 있고, 빛을 받으면 열을 내는 성질이 있다. 이 때문에 암세포에 약물을 직접 전달하거나, 빛을 쬐어 암세포를 열로 공격하는 치료, 질병을 빠르게 찾아내는 바이오센서 등에 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

맥신을 실제 의료 분야에 적용하려면, 체내에 투여된 나노소재가 어느 장기로 이동하는지 정확히 파악해야 한다. 얼마나 오래 머무르는지, 어떤 경로로 몸 밖에 배출되는지도 알아야 한다. 그동안은 형광영상이나, 조직을 떼어 내 성분을 분석하는 방법이 주로 쓰였다. 그러나 이런 방법으로는 시간에 따른 체내 이동을 장기간 반복해 관찰하고 정량화하기 어려웠다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해, 몸속 방사성 물질의 위치를 영상으로 보여 주는 PET와 방사성동위원소 지르코늄-89(Zr-89)를 활용했다. 지르코늄-89는 방사능이 절반으로 줄어드는 데 약 3.3일이 걸려, 몸속 물질을 몇 주간 관찰하는 데 적합하다. 연구팀은 맥신 표면을 가공해 지르코늄-89가 안정적으로 결합하도록 했다. 맥신에 영상으로 보이는 '표지'를 단 셈이다. 이 표지는 투여 21일 후까지 맥신에서 거의 떨어지지 않아, PET 영상이 맥신의 움직임을 믿을 만하게 보여 준다는 점도 뒷받침됐다.

생쥐 실험 결과, 맥신은 투여 직후 폐에 가장 많이 모였다가 시간이 지나면서 간과 비장으로 옮겨 갔다. 간의 축적량은 투여 7일째 가장 높았고 이후 점차 줄었다. 배출은 초기에는 주로 소변을 통해 이뤄졌다. 2일 이후부터는 대변(간·담도 경로)을 통한 배출도 늘어, 두 경로가 함께 작용하는 것으로 확인됐다. 다만 21일이 지난 뒤에도 간과 비장 등에는 일부가 남아 있어, 완전히 배출되기까지는 더 긴 시간이 걸리는 것으로 나타났다.

투여 21일 후 간·폐·비장 조직을 검사한 결과, 괴사나 섬유화 같은 뚜렷한 이상은 관찰되지 않았다. 연구팀은 실제 의료 적용을 위해서는 더 장기적이고 종합적인 독성 평가가 필요하다고 덧붙였다

연구팀이 활용한 PET 추적 기술은 앞으로 맥신뿐 아니라 다양한 나노소재를 의약품으로 개발하는 과정에서 체내 분포와 잔류를 확인하고 안전성을 평가하는 데 활용될 수 있다.

박지애 박사는 “그동안 맥신의 체내 거동은 특정 시점의 단편적인 정보로만 알려져 있었는데, 이번 연구로 투여부터 배출까지의 흐름을 시간에 따라 추적할 수 있게 됐다”고 말했다. 이어 “이번 결과가 맥신 기반 진단·치료 소재의 안전성을 평가하고 의료 적용 가능성을 검토하는 데 중요한 기초자료가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국원자력의학원 출연금사업(50462-2026)의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 2026년 10월 나노의학 및 테라노스틱스 분야 국제 학술지 ‘Nanotheranostics’(DOI: 10.7150/ntno.138975)에 게재됐다.

-저널명: Nanotheranostics (2026년 10월)

-논문명: Longitudinal PET Imaging Reveals the Biological Fate, Pharmacokinetics, and Clearance of Zirconium-89-Labeled MXene Nanosheets In Vivo

-주요 저자: 한국원자력의학원 이크라 비비·엄새란(공동 주저자), 박지애·파키스탄공학응용과학원 사지드 무스타크(공동 교신저자)