암세포에만 결합하는 나노신소재 개발

[산업일보]
단백질로 된 나노입자 표면 위에 정상세포가 아닌 암세포에만 결합하는 펩타이드와 금이 결합해 함께 존재하는 나노신소재가 개발됐다. 암 치료 목적으로 이용되는 광열치료 효율성과 안전성을 보다 높일 수 있는 실마리가 될 것으로 기대된다.

펩타이드는 단백질 구성요소인 아미노산 50개 이하로 이뤄진 화합물이고, 광열치료는 금 나노입자가 근적외선 레이저를 흡수해 발생하는 열을 이용, 암 세포를 괴사시키는 암 치료법이다.

고려대 이지원 교수와 한국과학기술연구원 김광명 박사가 주도한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(도약)과 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행됐고, 첨단재료 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials)에 게재됐다.

현재 암 치료는 외과적 수술에 이은 화학치료요법에 크게 의존하고 있다. 그러나 외과적 수술에 따르는 고통, 화학요법에서 비롯되는 전신성 부작용으로 인해 이들을 대체할 새로운 의학기술의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 암 발생부위에 선택적으로 금 나노입자를 전달한 후 레이저를 쪼여 발생하는 열로써 암 치료하는 광열치료법이 새로운 치료기술로 주목받고 있다.

동 연구팀은 기존 연구에서 다양한 기능을 갖는 펩타이드를 단백질 나노입자 표면에 균일하게 고밀도로 표출시킬 수 있는 기술을 발표(2007년 FASEB Journal, 2009년 Nature Nanotechnology, 2013년 ACS Nano)해 왔다.

암 부위에 금 나노입자를 전달한 후 레이저를 쬐는 광열치료법의 효과를 높이기 위해 체내 투과율이 높은 근적외선 레이저를 잘 흡수하고 광열효과가 뛰어난 직경 20nm 이상의 금 나노입자를 활용한 연구가 활발하다.

하지만 이 정도 크기의 금 나노입자는 체외 배출이 원활하지 않아 잠재적인 위험성이 있다고 보고되고 있으며, 암 부위로의 정확한 전달이 어려워 의료현장에서 적극적으로 활용되지 못하고 있다.

연구팀은 단백질 나노입자 표면에 암세포에 달라붙는 펩타이드와 직경 3nm 이하 초미세 금 나노닷이 동시에 결합해 존재하는 단백질-금 복합 나노신소재를 개발했다.

만들어진 나노신소재는 정상세포가 아닌 암세포에만 결합하고 자발적인 단백질 변성을 한 해체로 몸 밖으로 쉽게 배출할 수 있어 보다 효율적이고 안전한 광열치료에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
이 나노신소재를 생쥐의 정맥에 주사한 결과 통상의 금 나노입자에 비해 암 발병부위로의 전달이 훨씬 효과적으로 이뤄졌다.
실제 인간 유방암 세포로 종양을 유도한 생쥐에게 개발한 나노신소재를 이용, 근적외선 광열 치료를 한 결과 암세포가 괴사되는 것을 확인했다. 또 3주간 생쥐의 장기와 조직을 살펴본 결과 금 나노닷이 잔존하지 않음을 확인했다.

이는 정상세포가 아닌 암세포에만 결합할 수 있도록 인도하는 표적 펩타이드와 체외로 배출되기 쉬운 초미세 금 나노닷을 단백질 나노입자 표면에 동시에 도입한 데 따른 것이다.

이 교수는 “개발된 단백질-금 복합 나노신소재로 암 발병 부위로의 선택적 전달 효능을 향상시켜 광열치료 효과를 극대화하는 한편 기존 금 나노입자의 체내축적으로 인한 장기·조직 문제를 해결할 수 있는 실마리가 될 것”이라고 밝혔다.

기존 암치료 방법이 갖는 수술에 따른 고통, 화학요법에서 비롯된 전신성 부작용을 극복하고, 치료 부위를 암 세포로 한정할 수 있는 개선된 암 치료 기술로서 주목 받아온 광열치료가 실제 암 치료 기술로 적용되기 힘들었던 한계를 극복하기 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

즉 기존 광열치료에 주로 활용되던 일정 크기 이상의 금 나노입자가 체내 주입 이후 체외로의 배출이 원활하지 않아 야기할 수 있는 나노독성과 암 발병 부위로의 낮은 전달 등으로 인해 광열효과가 미흡한 문제점을 극복하기 위해 새로운 광열치료용 신소재로서 단백질-금 복합 나노신소재를 개발함으로써 외과적인 수술을 거치지 않고도 획기적인 효능의 암 치료가 가능할 뿐만 아니라 치료 후 체내 축적에 의한 독성문제가 해결됨으로써 향후 나노독성 부작용 없는 안전한 암 치료가 가능해질 전망이다.