포스텍(POSTECH)은 차형준 화학공학과·융합대학원 교수, 화학공학과 통합과정 이혁준 씨 연구팀이 정상 조직에서는 모습을 숨기고 있다가 암 조직에 도달하면 보호막을 벗고 항암제를 방출하는 '지능형 나노입자'를 개발했다고 9일 밝혔다. 연구성과는 최근 생체 소재 분야 국제 학술지인 '바이오머티리얼즈(Biomaterials)' 온라인판에 게재됐다.
췌장암은 몸속 깊숙한 곳에 있어 초기에 발견하기 어렵고 주변 장기로 빠르게 전이되는 대표적인 난치성 암이다. 항암제를 정맥으로 투여하는 치료법이 가장 널리 쓰이고 있지만, 대표적인 치료제인 '젬시타빈(Gemcitabine)'은 혈액 속에서 빠르게 분해돼 암 조직에 충분히 도달하지 못한다. 더욱이 정상 세포까지 함께 공격해 심각한 전신 부작용을 일으키는 한계가 있다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 홍합이 젖은 바위에도 단단히 달라붙는 원리에서 착안했다. 분자합성생명공학 기술로 대량생산한 '홍합 접착단백질'을 나노입자로 만든 뒤 내부에 젬시타빈을 담고, 표면에 생체적합성 고분자 '폴리에틸렌 글리콜(PEG)' 보호막을 씌웠다. 이 보호막 덕분에 나노입자는 혈액 속을 이동할 때는 접착력을 숨긴 채 면역세포 공격을 피하며 몸속을 안정적으로 순환할 수 있다.
이번 연구의 핵심은 암 조직에서만 보호막이 벗겨지도록 설계한 '공간 제어형 자극 반응 시스템'이다. 연구팀은 췌장암 조직에서 특히 많이 분비되는 효소인 'MMP2'에 의해서만 끊어지는 특수 펩타이드를 보호막의 연결고리로 사용했다. 그로 인해 나노입자는 혈액 속에서는 보호막을 유지하지만 암 조직에 도달하면 MMP2 효소에 의해 보호막이 제거된다. 이처럼 보호막을 벗은 스텔스 나노입자는 홍합 접착단백질 강한 접착력을 되찾아 암 조직에 단단히 달라붙고, 암세포 안으로 들어가 항암제를 지속적으로 방출해 암세포만 선택적으로 공격한다.
실제 췌장암 동물 모델에 이 나노입자를 정맥 투여한 결과, 효과는 뚜렷했다. 기존 항암제를 단독으로 투여하거나 일반 나노입자를 사용한 경우보다 암 조직 내 나노입자 축적과 유지 시간이 60% 이상 크게 증가됐다. 전신 독성은 나타나지 않았고 종양 부피와 무게는 기존 항암제 단독 투여군보다 2배 이상 감소했다. 조직 분석에서도 암세포가 광범위하게 사멸한 사실이 확인됐다.
이번 기술은 약물을 암 조직에 오래 머물게 해 치료 효율을 높이는 것은 물론, 정상 조직으로 전달되는 약물의 양을 줄여 항암 치료의 대표적인 문제인 전신 부작용까지 줄일 수 있다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 앞으로 이 플랫폼을 췌장암뿐 아니라 약물 전달이 어려운 다양한 난치성 고형암 치료에 적용할 수 있는 차세대 표적 약물 전달 기술로 발전시킬 계획이다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단(NRF) 국가연구실(NRL) 2.0사업과 과학기술사업화진흥원(COMPA) 국가연구개발 우수연구성과 확산촉진 지원사업의 지원으로 수행됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
