[미리보는 '금요일에 과학터치'] 제4의 물질 플라즈마의 바이오·의학 응용

플라즈마 바이오 과학의 정의와 궁극적 목표.

플라즈마(Plasma)는 고체, 액체, 기체 상태 다음으로 제4의 물질상태라고 불리는 전기를 띤 기체들의 집단이다. 이 물질은 전자, 이온 및 반응성 중성기체, 그리고 보통 상태의 중성기체들로 구성된 물질이다. 의학에서 말하는 피의 성분인 혈장(血漿)도 플라즈마라고 한다. 100년 전인 1911년에 미국의 물리학자 랭뮤어(Irving Langmuir)가 전기를 띤 물질을 플라즈마라고 명명한 배경에는 의학적 배경이 깔려 있다.

1953년에 미국 물리학자인 밀러(S. Miller)가 암모니아, 메탄, 수증기, 수소 등의 기체로 이뤄진 원시 대기에서 방전실험을 시행했다. 여기서 그는 알라닌, 글리신과 같은 아미노산이 형성되는 것을 확인했다. 아미노산은 2, 3개가 결합해 생명의 기본 물질인 단백질을 형성하는 구성분자이며, 더 나아가 이들의 중합으로 생명 물질이 탄생하게 된다. 한편, 같은 해 생물학자인 왓슨(J.D.Watson)과 물리학자인 크릭(F.H.C.Crick)은 공동연구를 통해 유전 물질인 DNA는 이중나선구조로 이뤄진 핵산 물질임을 발표, 신비한 생명의 원초적인 물질에 대한 이해도 한층 깊어지게 됐다.

이번 강연에서는 플라즈마가 무엇인지 설명하고 바이오과학 및 의학에 사용되는 여러가지 바이오 플라즈마를 소개할 예정이다. 또 이들 바이오 플라즈마와 병든 암세포 단백질 또는 돌연변이 세포들과의 상호 작용을 통해 현대의 피부병, 치매, 암과 같은 난치병을 치유할 수 있다는 새로운 플라즈마 의학 기술의 패러다임을 논의한다.

유전 인자인 DNA와 생명을 이루는 기본 물질은 모두 단백질로 이뤄져 있으며, 단백질의 변형 또는 관련 세포들의 돌연변이 변형으로 난치병이 생긴다는 것이 플라즈마 의학 기술의 전제. 이에 따르면 플라즈마 상태에서 아미노산이 형성되고 이들의 중합으로 단백질이 형성된다는 점에 착안해 플라즈마를 이용하면 난치병을 근본적으로 치료할 수 있다는 가설을 세울 수 있다. 변형된 단백질은 플라즈마와의 상호 작용을 통해 정상 단백질로 되돌리고, 암세포는 스스로 사멸하게끔 유도할 수 있다는 것이다.

2010년 9월 설립된 플라즈마 바이오과학 연구센터는 광운대, 가톨릭의대, 카이스트, 한양대, 성균관대, 고려대, 항공대, 연세대, 핵융합 연구소의 교수들을 중심으로 20여 명의 연구원, 100여 명의 대학원생으로 구성돼 있다. 현재 15개 내외의 해외 전문연구기관, 대학과 MOU를 체결해 활발한 공동연구, 인력과 기술 교류를 실시 중이다.

플라즈마 바이오과학 및 의학에 관한 기초 연구를 통해 얻을 수 있는 것은 ▷수술용 외상 치료 플라즈마 의료기기 연구 기반 확립 ▷피부 질환 제어 및 치료 장비 제작에 필요한 데이터 확보 ▷비정상 세포군의 직'간접 치료장치 개발에 필요한 데이터 확보 ▷플라즈마와 라디칼의 세포 적용으로 세포 활동에 미치는 영향에 관한 학문적 지식 확보 등이다.

또 혈액 내의 활성 산소와 같은 라디칼의 플라즈마 반응성에 관한 이해를 기초로 혈액과 혈관을 청소해 노화 세포를 젊은 세포로 바꿀 수도 있다. 나아가 바이오 플라즈마에 의한 DNA, 세포 사멸 및 세포주기 조절 단백질들의 변화에 관한 연구를 통해 세포 생존과 사멸의 불균형으로 야기되는 난치병을 치료하기 위한 차세대 플라즈마 의학기술을 개척하는 데 기반 기술을 제공할 수 있다.