연구성과

화학 김원종 교수팀, 유방암 잡을 어벤져스 나노머신이 나왔다

2017-12-22 484

[나노머신 이용해 삼중복합 항암치료제 개발
항암제, 열, 활성산소종 혼합치료로 삼중음성 유방암 치료에 효과]

김원종교수,박형목씨,김진환박사

우리나라 여성 암 발병률 2위를 차지하는 유방암. 유방암은 조기 검진이 확대되고 치료법이 다양해 생존율이 높은 암에 속하지만, 그 중에서도 삼중음성 유방암은 치료하기 까다로운 암으로 손꼽힌다. 유방암은 에스트로겐과 프로게스테론, 세포막 단백질 일종인 HER 2 수용체 발현 유무로 치료법이 결정된다. 기본적인 항암치료와 함께 에스트로겐과 프로게스테론과 같은 호르몬 양성에는 호르몬 치료를, HER 2 수용체 양성엔 표적치료를 함께 시행해 치료 효과를 높인다. 하지만 이 세 가지가 모두 음성인 삼중음성 유방암은 항암치료 외엔 병행할 수 있는 다른 약이나 치료법이 없어 전이나 재발에 취약해 삼중음성 유방암 치료제 개발은 의학계 숙제로 남아있다.

화학과 석사·박사통합과정 박형목 씨와 김진환 박사, 김원종 교수는 몸 속 여러 자극에 따라 치료제가 알아서 다양하고 복합적으로 목적에 맞게 방출되도록 설계된 나노머신을 개발했다. 한 번에 여러 가지 항암 치료를 할 수 있어 삼중음성 유방암에 효과적인 복합치료가 가능해졌다. 이 연구는 재료과학 분야 세계적 권위지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 (Advanced Functional Materials) 온라인판 최신호 표지논문으로 소개되며 학계에 높은 관심을 받았다.

암은 종양을 구성하는 세포의 특성이 매우 다양하고, 내성이 생기기 때문에 하나의 항암제만 투여하는 치료법 대신 여러 가지 항암제를 함께 투여하는 복합항암치료 방법이 사용된다. 하지만 치료 효과가 높아지는 만큼 부작용이 심해진다는 단점이 있다. 부작용은 줄이면서 치료 효율은 높인 복합치료제 개발이 절실하다. 특히 삼중음성 유방암은 항암치료 외엔 호르몬치료나 표적치료를 병행할 수 없기 때문에 효과적인 복합치료제 개발이 꼭 필요하다.

 복합항암치료-삼중음성 유방암의 효과적인 억제-나노머신-세표 내 유입-전기 엔도좀-산성화-레이져 조사-열 발생-활성산소종 발생-후기 엔도봄(산성)-세포 내 항암제 방출-세포핵-광열치료-광역학치료-화학요법-인상적인 치료 효과

연구팀은 항암제, 열, 활성산소종을 이용한 세 가지 치료가 한 번에 전방위적으로 이뤄지면서 암세포를 공격하고 효과적인 치료가 가능하도록 한 새로운 나노머신을 개발했다. 나노머신은 10억 분의 1미터에 불과한 나노 구조로, 금나노입자에 특수한 DNA 이중나선이 결합하여 이뤄져 있다. DNA 이중나선 사이사이에 항암제가 들어가 있다가 나노머신이 암세포내의 산성 환경에 놓이게 되면 DNA 이중나선이 풀리면서 항암제가 방출되는 1차 공격을 하게 된다. 이 과정에서 특수한 DNA 구조에 의해 나노머신이 암세포 내에서 뭉치게 되며 외부에서 빛을 조사하면 열을 발생시켜 열에 약한 암에 2차 공격을 실시한다. 또 이 빛을 받으면 미리 담지되어 있던 특수한 파장에만 반응하는 광감제로부터 암세포에 치명상을 입히는 활성산소종이 발생해 3차 공격도 이뤄지게 된다. 마치 각자의 능력으로 연합해서 지구를 지키는 어벤져스처럼 나노머신 하나로 우리 몸은 항암제와 열, 활성산소종, 세 가지 치료를 동시에 하면서 전방위적으로 암세포 사멸을 돕는다.

이 방법은 항암치료에만 의존해야하는 삼중음성 유방암에서 세포와 동물 실험을 통해 효과가 검증됐다. 나노머신을 활용해 삼중 복합치료를 한 결과, 단순하게 항암제와 광감제를 함께 주입해 치료했을 때에 비해 암의 성장을 2.6배 더 억제하는 것을 확인할 수 있었다.

연구를 주도한 김원종 교수는 “하나의 나노머신을 이용해 여러 가지 치료 방법을 원하는 대로 조합할 수 있다는 점에서 앞으로 광범위하게 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.

한편 이 연구는 한국 생체재료학회에서 우수 연구 논문으로 선정되었다.