남기택 교수 "광민감제Pcs 레이저에 의해 활성, '암세포 사멸효과' ↑"
유성숙 교수 "체내 '정상조직 손상 안 입히는 안전성' 보여줬다"
[보건타임즈] 癌세포를 80% 사멸시키는 항암 나노 약물전달체가 국내 연구진에 의해 개발됐다.( 사진 광민감제Pcs 활성화→암세포 괴사 이미지)
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남기택 교수
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윤주영 교수
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연세대 의과대학 '남기택·유성숙' 교수(의생명과학부)팀과 이화여대 자연과학대학 '윤주영' 교수(화학나노전공)팀은 첨단 나노(Nano)기술을 이용해 합성한 항암물질을 유방암세포에 근접시킨 후 레이저를 조사, 활성화시킨 결과, 높은 암세포 사멸효과를 거뒀다고 밝혔다.
이 연구논문은 'Facile Supramolecular Approach to Nucleic-Acid-Driven Activatable Nanotheranostics That Overcome Drawbacks of Photodynamic Therapy'이란 제목으로 국제적인 나노과학 학술지 '미국화학회 나노(ACS Nano, IF 13.9)지 최근호'에 발표됐다.
대개 수술하기가 어렵거나 수술 후 남아있는 암세포를 제거하기 위해 많은 암환자들이 방사선치료를 받는다.
치료기전은 방사선에서 나온 에너지가 암 세포주변에서 '활성산소'를 발생시켜 암세포의 DNA를 파괴해 없앤다.
활성산소(ROS reactive oxygen species)는 산소원자를 포함하는 화학적으로 반응성이 아주 높은 분자로 산화력이 강해 생체 조직 내 세포막, DNA, 이외의 모든 세포 구조를 손상시켜 세포는 파괴된 범위만큼 기능을 잃거나 괴사된다.
그러나 '저산소(hypoxia)상태'의 암세포는 높은 비율로 살아남아 또다시 성장과 증식을 통해 재발가능성을 높여 확실한 암 치료를 위해선 완전히 제거하는 것이 필요하지만 이들 암세포는 항암방어기전이 완강해 더 센 방사선 조사량과 치료횟수, 항암약물 병행 치료가 불가피해 환자와 치료 의료진의 큰 부담을 줘 고민이 돼왔다.
게다가 암세포는 항암치료에도 살아남기 위해 스스로 혈관(신생혈관)을 생성, 주변 정상혈관과 연결, 필요한 영양과 산소를 얻는다.
남기택 교수는 "빠르게 성장하는 전체 암세포에 필요한 산소와 영양분을 공급할 목적으로 만들어진 이들 혈관들은 정상혈관에 비해 상대적으로 조직이 엉성한데다 구조가 상당히 불규칙하게 뻗어나가는 특징이 있다"면서 "이런 특징으로 암세포 전체에게 충분한 산소와 영양을 공급하지 못해 상대적으로 혈관으로부터 먼에 곳에 자리를 잡은 암세포들은 영양분과 산소가 부족한 '저산소'를 유지하거나 하려 한다"고 말했다.
문제는 "상대적으로 빈곤상태에 있던 이들 저산소 상태의 암세포들이 정상 세포보다 100배에 가까운 방사선 조사에도 견디는 저항력은 물론, 세포 내로 항암약물이 침투하기 어려운 '강한 맷집'을 갖고 있다"는 게 남 교수의 설명이다.
이에 연구팀은 저산소 상태의 암세포를 사멸시키는 치료법으로 '광(光)역학 치료법(PDT)'에 주목했다.
광역학 치료는 암 환자에게 치료제를 주사한 후 인체에 해가 없는 적외선 영역대의 레이저 빛을 암 발생부위에 조사, 치료제 내 '광민감제'의 화학반응을 유도해 활성산소를 만든다.
이 치료법은 방사선치료와 같이 활성산소로 암세포의 사멸을 유도한다.
하지만 이 치료법은 암세포만 골라 치료반응을 일으키는 선택성이 낮아 주변 정상조직까지 손상시키는 한계로 현재 소화기계 암이나 후두암, 폐암 등 일부 암에서 수술이나 방사선치료가 어려운 환자들을 위한 보조 치료법으로 쓰이고 있다.
이를 주의 깊게 살펴봤던 연구진은 이런 문제를 보완하면 암세포에 가장 가깝게 붙어 효과적인 치료를 이룰 수 있는 치료법이면서 강한 맷집의 저산소 암세포만 정밀 타격하는 치료법으로 광역학치료법이 적합하다고 판단했다.
관건은 이 치료제의 문제로 드러났던 선택성을 높여 암세포에만 밀착, 달라붙도록 한편, 주변 정상조직은 영향을 최소화하는 기술개발이 필요했다.
연구팀은 첨단 '초분자 나노구조'기술을 통해 '아연 프탈로시아닌(Zinc(II)phthalocyanine)유도체 Pcs'를 광민감제 그리고, 항암성분의 '미톡산드론 (Mitoxantron, MA)'의 합성물질인 'Pcs-MA'을 만들어 내 결합한 새 합성물질의 항암효과를 검증하기 위해 마우스를 이용한 다양한 비교대조군 실험에 들어갔다.
연구팀은 우선 난치성 유방암으로 알려진 '삼중양성유방암' 세포주를 마우스에 이식시켜 암세포를 발현시킨 후, 광민감제 Pcs, 항암물질 MA 그리고 광민감제Pcs+항암물질MA 합성물질 3가지를 각각 투여, 암부위에 레이저를 1회만 조사, 20일 이후 확인했다.
이 결과 광민감제Pcs와 항암물질MA를 단독 투여한 마우스의 암세포 크기는 성장을 억제하지 못해 약 400%가 증가했다.
반면 광민감제Pcs+항암물질MA 합성물질이 투여된 마우스의 암세포 크기는 무려 80% 이상 축소된 것이 확인됐다.
이를 통해 "Pcs-MA가 주변 정상세포보다 유독 유방암 세포에만 선택적으로 강하게 반응하는 것을 확인했다"는 게 남 교수의 설명이다.
남 교수는 "광민감제Pcs가 레이저에 의해 활성화되면서 발생하는 활성산소와 항암물질MA에 의한 '이중 항암 효과'가 기대이상의 암세포 사멸효과를 거둔 것으로 보인다"며 "암세포의 저산소 상태를 보여주는 'HIF1-alpha'가 줄어들면서 세포 내 산소수치가 상승, 광민감제Pcs의 활성이 더 활발해져 세포 사멸효과가 커지는 것을 부수적으로 확인했다"고 강조했다.
연구팀은 추후 Pcs-MA가 어떠한 원리로 암세포의 저산소 상태가 개선시키는지 찾을 수 있다면 많은 난치성 암 치료에 새로운 돌파구를 열 수 있을 것으로 기대했다.
유성숙 교수도 "이번 실험에서 기존 광역학치료의 단점으로 꼽힌 정상조직 손상이 거의 없는데다 수일 동안 광역학치료제가 몸속에 남아 주요 내부 장기에 독성을 나타내는 증상도 보이지 않는 안전성을 보여줬다"고 덧붙였다.
실제 Pcs-MA 합성물질은 주사한 마우스들에게서 24~48시간 이내 소변으로 나왔다.
연구팀은 유방암을 비롯한 간암, 위암 등 다양한 고형암세포에 대한 Pcs-MA 새 합성물질을 활용한 광역학치료의 사멸 효과연구를 추가로 진행, 암세포 사멸효과성과 안전성을 확인할 계획이다.
남 교수는 "치료가 어려운 저산소상태의 암세포 제거의 유용한 치료법으로, 수술이나 방사선치료가 어려운 환자를 위해 대안 치료법을 제시했다는 점에서 이번 연구의 의의가 있다"고 평가했다.
이번 연세의대와 이화여대 공동 팀의 새로운 나노 약물전달체를 활용한 암세포의 광역학 치료법 개발 연구는 국가마우스표현형사업단과 과학기술정보통신부(舊미래창조과학부) 리더연구자지원 사업의 후원으로 추진됐다.
기사최종편집일: 2024-04-26 22:33:08
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