미토콘드리아에 약물 정확히 전달...항암제 효능 개선 나노겔

강한창 가톨릭대 약대 교수팀

미토콘드리아에 약물을 전달할 수 있는 나노겔을 개발한 강한창 가톨릭대 약대 교수(왼쪽)와 조하나 가톨릭대 약대 연구교수. 한국연구재단 제공

약물을 표적 기관인 미토콘드리아까지 정확히 전달해 효능을 높이고 부작용을 줄일 수 있는 나노겔이 개발됐다. 혈액순환, 분해작용을 하는 리소솜 탈출 등 5가지 장애물을 뚫고 약물을 미토콘드리아에 전달할 수 있다.

한국연구재단은 강한창 가톨릭대 약대 교수팀이 생체에너지 생산 및 세포사멸을 담당하는 세포소기관인 미토콘드리아를 표적으로 약물을 전달·방출하는 나노겔을 개발하고 세포 및 동물 실험을 통해 항암제의 효능 개선 효과를 확인했다고 2일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널' 1월 25일자에 발표했다.

약물의 효능을 극대화하고 부작용을 최소화하기 위해 약물을 표적까지 정확히 전달해 방출하는 나노약물전달체 연구가 세계적으로 활발하다. 기존 나노약물전달체는 약물을 표적까지 전달하는 능력은 우수했지만 표적지에서 정확히 방출하는 능력은 미흡했다. 표적 방출을 유도하려면 효소 및 활성산소종 등 자극을 활용하는데 만약 세포 밖이나 세포질에 자극이 존재하면 나노약물전달체가 표적에 도달하기 전 방출될 가능성이 높다.

연구팀은 약물이 세포소기관에 전달된 후 방출되게 하기 위해 나노약물전달체의 '표적 전달'과 '표적 방출'이 순차적으로 진행될 수 있도록 새로운 미토콘드리아 표적 약물 전달 및 방출 설계 전략을 마련했다. 소수성 라이신 기반 나노겔을 만들어 약물이 세포의 핵이 아닌 표적이 되는 미토콘드리아로 향할 수 있도록 했다. 또 약물이 제대로 전달되기 전 자극이 되는 '글루타치온'이 친수성임을 고려해 이황화 결합부위 환경을 소수성화해 글루타치온의 접근을 제한했다. 

새롭게 개발한 나노겔을 대장암 쥐 모델에서 실험한 결과 약물의 약을 기존 5 분의 1만 사용해도 암성장 억제능력이 기존과 유사하거나 더 우수하다는 사실이 입증됐다. 나노겔은 체내 투여부터 표적 방출까지 혈액 중 순환, 암세포 내로의 유입, 엔도솜·리소솜 탈출, 표적 세포소기관 내로의 유입, 표적 세포소기관 내에서의 방출 등 5가지 약물전달의 장애물을 효과적으로 극복했다.

강 교수는 "이번 연구는 표적 세포소기관에 존재하는 분해자극을 찾아 정확히 약물을 방출하는 나노약물전달체를 개발한 데 의의가 있다"며 "신규 나노겔이 다양한 질환의 예방 및 치료에 적용될 수 있도록 후속 연구에 힘쓰겠다"고 말했다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]