KAIST(총장 신성철) 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 종양 전체에 인공수용체를 전달해 효과적으로 종양을 표적 치료하는 기술을 개발했다. 이번 연구는 김희곤 석박사통합과정이 1 저자로 참여하였다.
종양 표적치료란 일반적으로 종양의 성장과 발생에 관여하는 특정 분자, 즉 수용체를 표적으로 삼아 종양의 성장을 저해하는 치료를 말한다. 하지만 표적치료는 종양 내 특정 수용체가 존재하는 환자에게만 효과가 있고 표적 분자가 소량이거나 불균일하게 존재할 경우 치료 효과에 한계가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 리포좀이라는 인공나노입자와 세포에서 자연적으로 분비되는 엑소좀이라는 생체나노입자를 동시에 이용했다. 먼저 세포막과 효율적으로 결합하는 인공나노입자인 세포막결합성 리포좀을 개발했다. 리포좀은 특정 분자를 표적하는 것이 가능한 인공수용체를 싣고 혈류를 통해 종양으로 침투한다. 그리고 혈관 주변의 종양 세포에 인공수용체를 전달하는데 여기서 종양 세포가 분비하는 엑소좀에 인공수용체를 탑재시키는 것이 리포좀의 역할이다. 중요한 점은 세포막결합성 리포좀은 정상 세포보다 암세포에 더 효과적으로 인공수용체를 전달함으로써 종양 표적치료를 용이하게 한다. 엑소좀은 일반적으로 세포 간 여러 생체 분자를 전달하는 역할을 한다. 혈관 주변의 세포를 통해 리포좀에 의해서 전달된 인공 수용체가 엑소좀에 탑재하게 되면 엑소좀이 이동하는 종양 내 모든 위치로 인공 수용체가 자연적이고 효율적으로 전달된다. 연구팀은 이렇게 종양 전체에 퍼진 인공 수용체를 표적할 수 있는 물질에 약물을 결합시켜 효과적인 종양 표적치료를 하는 것을 목표로 삼고 있다. 연구팀은 이 기술을 이용해 빛에 반응해 항암효과를 내는 광과민제를 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입했다. 이후 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도한 후 분석한 결과 효과적으로 표적치료가 이뤄짐을 확인했다.
이번 연구는 표적이 어렵거나 불가능한 종양 표적치료를 가능하게 하는 기술 개발의 발판을 마련했다는 의의를 갖는다.
이번 연구를 주도한 김희곤 학생과 오찬희 학생
바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 종양 전체에 인공수용체를 전달해 효과적으로 종양을 표적 치료하는 기술을 개발했다.
종양 내 인공수용체 전달을 통한 협동 표적을 보여주는 종양 조직 사진■ 연구개요
종양 표적치료란 일반적으로 종양의 성장, 발생에 관여하는 특정 분자를 표적하여 종양의 성장을 저해하는 치료를 일컫는다. 하지만 표적치료는 종양 내 표적분자가 있는 환자에게만 효과가 있으며 표적분자가 소량으로 존재하거나 불균질하게 존재할 경우 치료효과가 제한된다. 종양세포에서 분비되는 엑소좀(세포외소포)은 세포사이의 신호전달에 중요한 역할을 하는 생체기원 나노입자로서 여기에 효율적으로 표적 가능한 인공수용체를 탑재할 수 있다면 종양 세포의 신호전달체계를 따라 종양의 심부까지 인공수용체를 전달할 수 있을 것으로 기대된다.
따라서, 본 연구팀은 인공수용체가 종양세포에서 분비되는 엑소좀에 효율적으로 탑재되게 하기 위해서, 세포막과 효율적으로 결합하는 인공나노입자인 세포막결합성 리포좀을 개발하였다. 먼저 세포배양 환경에서 인공수용체를 함유한 리포좀을 세포에 처리하여 주었을 때 세포막에 효과적으로 인공 수용체를 전달하여 표적 가능한 것을 확인하였다. 또한, 리포좀이 전달된 세포로부터 분비된 인공수용체를 탑재한 엑소좀을 수집하여 다른 세포에 처리해 주었을 때도 표적 가능한 것을 확인하였다.
결과적으로 세포간 인공수용체 전달이 엑소좀에 의해서 매개됨을 확인하였다. 나아가 암이 이식된 동물모델에서 혈류를 통하여 인공수용체가 탑재된 세포막결합성 리포좀을 종양에 전달하였을 때, 인공수용체가 종양 내 균질하게 분포하고 있는 것을 관찰하였으며 종양 표적이 크게 향상된 것을 확인하였다.
마지막으로 치료효과를 보기 위하여 암이 이식된 동물모델에서 혈류를 통한 리포좀 주입으로 인공수용체를 종양으로 전달해 주었다. 이후 이를 표적할 수 있는 물질에 빛에 반응해 치료효과를 내는 광과민제를 결합하여 주입한 후 종양 부위에 빛을 조사하였을 때, 효과적으로 표적치료가 일어남을 확인하였다.
본 연구는 인공나노입자인 리포좀을 이용하여 종양미세환경에서 종양세포들이 분비하는 생체나노입자인 엑소좀에 효율적으로 인공수용체를 탑재할 수 있게 하여, 엑소좀의 고유 이동경로를 통해 인공수용체가 종양 전역으로 전달될 수 있음을 밝힘으로써 표적이 어렵거나 불가능한 종양 표적치료를 가능하게 하는 기술 개발의 발판을 마련하였다.
서울경제 파퓰러사이언스 편집부
