암세포만 골라 죽이는 항암전구체 물질을 만드는 새로운 방법이 발견됐다. 이론에만 존재하던 방법을 실험적으로 처음 입증했고, 항암전구체가 생체에 미치는 연구를 통한 신약 개발 등에 활용될 전망이다.

UNIST 화학과 조재흥 교수팀은 금속-활성산소 종과 나이트릴의 반응이 항암전구체 후보 물질로 꼽히는 하이드록시메이토 코발트(III) 합성에 관여한다는 사실을 밝혔다. 값비싼 중금속이 활용됐던 기존 연구에 비해 경제적인 금속을 활용할 수 있고, 낮은 온도에서 반응시킬 수 있다.

나이트릴은 의약품, 농약 등에 사용되는 화합물로 합성하기 어려운 물질이다. 연구팀은 이번 연구에서 '나이트릴'과 금속-활성산소 종인 '코발트-하이드로퍼옥소 종'이 반응해 퍼옥시이미데이토 코발트(III)가 합성됨을 확인했다. 지난 2021년에 퍼옥시이미데이토 코발트(III)가 하이드록시메이토 코발트(III)를 생성하는 화학 반응의 중간 단계에서 만들어지는 물질임을 밝힌 바 있다.

이번 연구에서 코발트-하이드로퍼옥소라는 새로운 종을 활용해 퍼옥시이미데이토 코발트(III)를 합성했다. 연구팀은 하이드로퍼옥소가 나이트릴을 친핵성 공격하면서 반응이 진행됨을 처음으로 밝혔다. 나아가 퍼옥시이미데이토 코발트(III)에 염기를 넣으면 하이드록시메이토 코발트(III)로 변해 '항암전구체'를 합성할 수 있다는 것을 확인했다.

연구팀은 특히 금속-하이드로퍼옥소 종의 염기도에 대한 중요성을 강조했다. 실제로 나이트릴과 반응하지 않았던 코발트-하이드로퍼옥소 종과 결합된 원자들의 집합을 조절해 염기도를 높였고, 이를 통해 저온에서도 빠르게 반응할 수 있음을 확인했다.

연구팀은 컴퓨터 연산 능력을 활용해 화학의 해석적 방법을 구현하는 계산화학에 대한 모의실험을 진행했다. 결합된 원자 집합의 변화가 코발트-하이드로퍼옥소 종의 구조에 미치는 영향 또한 분석해 다시 한 번 염기도의 중요성을 확인했다.

조재흥 교수는 "이번 연구는 금속-활성산소 종이 나이트릴을 활성화하는 작용 원리를 규명한 연구로 앞으로 나이트릴을 활성화할 수 있는 촉매 개발에 기초가 될 것"이라며 "향후 생화학과 신약 개발 연구 등에도 기여할 수 있을 것"이라고 전망했다.

이번 연구는 조재흥 교수가 교신저자로, 손영진 연구원이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 화학분야 저명 국제학술지인 '미국화학회 골드지(JACS Au)'에 10월 31일자로 온라인 게재됐다.