일본산업뉴스요약

Start Up Innovation / Science
우주 관측 기술로 암 발견
센서가 줄기세포를 식별

우주 연구와 암 치료. 아무런 관계가 없을 것 같은 이 두 연구를 연결시켜 사회에 공헌하려는 움직임이 나오고 있다. 그 핵심이 되는 것이 엑스선과 감마선으로 우주를 관측하기 위해 개발된 고성능 영상 센서이다.

개발을 추진하는 곳은 4월에 도쿄대학 국제고등연구소 카브리 수물연계우주연구기구(Kavli IPMU)에 설립된 ‘경엑스선(Hard X-ray)∙감마선 이미징 연계 거점’. IPMU와 우주항공연구개발기구(JAXA)를 중심으로 게이오대학 등이 협력해 발족한 곳이다.

이곳에서 목표로 하는 것은 쥐나 인간 등 살아있는 동물의 체내에 주입된 약이 어디에 있으며 암세포 등에 효과가 있는지 여부 등을 자세하게 알아볼 수 있는 ‘현미경’의 실현이다. 2년 후를 목표로 100마이크로미터의 정밀도로 관측이 가능한 3차원 이미징 장치 개발을 추진한다.

-- 치료약에 응용 --
이 정도로 고정밀 장치를 개발하는 이유는 암의 원인이 된다고 여겨지고 있는 암 줄기세포를 없애는 연구를 추진하기 위해서이다. 암 줄기세포는 통상적인 암세포와는 달리 암세포를 늘리는 여왕벌과 같은 기능을 한다.

암의 일부에만 있는 암 줄기세포만을 식별해 조사한다면 치료약이 암 줄기세포에 효과가 있는지를 확인할 수 있어, 암 발생 및 진행을 그 발생지에서 멈추도록 하는 치료약을 개발하는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

이 3D 이미징 장치를 실현하는 핵심이 JAXA의 우주과학연구소가 개발한 텔루르화카드뮴(CdTe)을 재료로 한 반도체 센서이다. 본래 인공위성에 탑재해 방사선의 일종인 감마선과 엑스선으로 우주를 관측하기 위해 만들어진 것이다.

2016년에 발사되었지만 오류로 인해 운용이 중단된 X선 천문위성 ‘히토미’에도 탑재. 은하가 모여 만들어진 은하단과 블랙홀 등의 천체를 자세하게 조사해 우주의 기원 및 물리법칙 연구에 이용하려 했다.

우주에서 온 엑스선과 감마선은 너무도 약해 감도 및 정밀도가 높은 센서가 아니면 이용이 불가능하다. 실리콘으로 만들어진 반도체 센서로는 거의 검출이 불가능한 감마선도 텔루르화카드뮴(CdTe)을 재료로 한 반도체 센서는 검출이 가능, 피크 파장도 자세히 분류할 수 있다. 우주과학연구소에서 이 센서의 개발을 담당해온 IPMU의 다카하시(高橋) 교수는 “지금까지 실현할 수 없었던 해상도뿐만 아니라 칼라 사진을 찍는 기능을 가진 감마선 현미경이다”라고 설명한다.

체내에 들어간 약의 위치 등을 조사하기 위해서는 약에 방사선을 내는 물질을 넣어 그것을 표적으로 추적한다. 우주 관측용 센서를 이용할 경우 생물의 체내에서 나오는 미약한 감마선도 검출이 가능해 위치를 정확하게 알 수 있다.

-- 위치 파악 쉽도록 --
암 줄기세포는 암세포의 일부에만 있어 현재의 이미징 센서로는 정밀도가 낮아 많은 암세포 가운데 암 줄기세포만을 골라 관찰하는 것은 어렵다.

다카하시 교수팀은 이미 우주 관측용 센서를 이용해 쥐 등 작은 동물의 체내를 관찰하는 의학연구용 3D 이미징 장치의 시작(試作)을 개시. 연대 거점에는 국립암 연구센터의 의사들이 참가하고 게이오대학 의학부의 사타니(佐谷) 교수 팀과도 협력. 의학계로부터의 요망도 적극적으로 반영할 수 있는 체제를 구축해나갈 계획이다.

또한 이 3D 이미징 센서를 암 연구만이 아닌, 생명과학 연구 및 재료 개발 등, 보다 넒은 분야에서 이용하는 프로젝트도 개시. ‘우주관측 검출기와 양자 빔의 만남’을 테마로 한 문부과학성의 과학연구비 조성사업의 새로운 학술영역 연구에 채택되었다.

2022년까지 5년 간 소립자 뮤온(Muon) 등을 이용하는 분석 장치와 3D 이미징 센서를 조합해 물질 내부의 원소 움직임 등을 자세하게 조사하는 기술 개발을 추진한다. 뮤온을 이용할 경우, Spring-8과 같은 엑스선을 사용하는 방사광 시설로는 어려운 수소와 리튬 등 가벼운 원소를 조사할 수 있다. 리튬이온배터리 안에서 이온이 어떻게 움직이는지 등을 자세히 조사해 고효율의 2차 배터리를 개발하는 등의 이용법이 기대되고 있다.

지금까지 우주관측 전용으로 개발되어온 반도체 센서가 암 연구 등으로 폭넓게 이용되어 소형화와 양산을 통한 비용 절감도 기대할 수 있을 것이다. 그렇게 된다면 우주 관측 등에도 손쉽게 이용될 수 있게 된다. “기초 연구와 사회 분야에서의 응용 사이에서 기술의 순환이 일어났으면 좋겠다”라고 다카하시 교수는 기대감을 나타냈다.

 -- 끝 --