세포 에너지 공장 미토콘드리아로 항암제 정확히 배달하는 나노약물전달체 국내서 개발

강한창 가톨릭대 약대 교수 연구진

강한창 가톨릭대 약대 교수가 이끄는 공동 연구진이 항암제의 효과는 높이고, 부작용은 줄이는 전달체를 개발했다. 왼쪽부터 강한창 교수, 조하나 교수, 최연수 박사 후 연구원, 정다겸 박사과정 연구원. /한국연구재단

국내 연구진이 약물의 효능을 높이면서 부작용을 줄일 수 있는 나노약물전달체를 개발했다. 항암제는 암세포뿐 아니라 정상 세포에도 영향을 줘서 부작용이 생기는데, 이번에 개발된 기술을 활용하면 차세대 항암제 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

강한창 가톨릭대 약대 교수 연구팀은 2일 세포의 에너지 공장인 미토콘트리아에 약물을 정확히 전달하고 방출하는 나노겔을 개발해 항암제 효능을 높일 수 있다는 사실을 확인했다고 밝혔다.

기존에 사용하던 나노약물전달체는 항암제를 암세포에 전달하는 능력은 우수하다. 하지만, 정확한 위치에서 약물을 방출하는 능력이 부족해 약효 전달력이 떨어지는 단점이 있다. 약물을 방출할 때 효소와 활성산소를 이용하는데, 이들 물질은 세포 안과 밖에 모두 있어 표적에 도달하기도 전에 약물이 방출될 수 있기 때문이다.

연구진은 이런 단점을 극복하기 위해 항암제가 작용하는 세포소기관인 미토콘트리아에 전달된 이후에 약물을 방출하는 새로운 약물전달 방식을 설계했다. 연구진은 미토콘드리아에 잘 전달될 수 있는 소수성 아미노산인 라이신을 기반으로 나노겔을 만들어 약물이 정확히 전달될 수 있게 했다.

라이신은 미토콘드리아와 핵 모두에 잘 전달되는데, 물과 결합하지 않는 소수성 라이신은 미토콘드리아에만 전달되는 것으로 알려졌다. 미토콘드리아는 에너지를 만드는 세포소기관으로, 무한하게 증식하는 암세포를 막기 위해 미토콘드리아의 활성도를 낮추는 항암제가 최근 주목받고 있다.

또 미토콘드리아에 도착하기 전에 약물이 방출되는 것을 막기 위해 나노겔의 약물 방출 기능을 하는 이황화 결합 부위도 소수성으로 만들었다. 세포 안팎에는 소수성 달리 물과 잘 결합하는 친수성 물질이 많이 있는데, 이들 물질과 결합을 막아 약물이 방출되지 않도록 하는 전략이다.

가톨릭대 연구진이 개발한 나노약물전달체의 작동 원리. 친수성을 기반으로 만들어 표적에 정확히 전달하면서도 도중에 약물 방출이 일어나지 않도록 했다. /한국연구재단

가톨릭대 연구진이 만든 나노겔은 약물을 방출하는 역할을 하는 글루타치온이 있어도 표적에 도착하기 전까지 약물을 거의 방출하지 않았다. 나노겔은 글루타치온에 노출되더라도 4시간 동안 4%, 48시간 동안 31%의 약물만을 방출해 미토콘드리아에 많은 양의 약물을 전달할 수 있었다. 일반적으로 나노약물전달체는 글루타치온에 노출되면 20분 이내에 모든 약물이 방출돼 효과가 떨어지는 것으로 알려졌다.

대장암에 걸린 생쥐에서 효과를 확인했을 때도 약물 사용량을 20%로 줄였지만, 암조직의 크기는 57% 가량 작아져 현재 사용되는 독소루비신 염화수소 전달체를 쓴 항암제보다 약 5배 우수한 암조직 억제 능력을 확인했다.

라이신으로 만든 나노겔은 또 혈액에서 안정성이 높아 정맥으로 투약할 수 있고, 암세포로의 침투가 쉽다는 장점이 있다. 항암제의 작용을 막는 세포소기관인 엔도솜·리보솜에 방해도 받지 않아 차세대 항암제의 효과를 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다.

강한창 교수는 “이번 연구는 표적 세포소기관에 존재하는 분해 자극을 찾아, 정확한 약물방출을 유도하는 나노약물전달체를 개발한 데 의의가 있다”며 “신규 나노젤이 다양한 질환의 예방과 치료에 쓰일 수 있도록 후속연구에 힘쓰겠다”고 말했다.

이번 연구 결과는 지난달 25일 국제 학술지 ‘화학공학저널’에 연구 결과를 발표했다.

참고자료

Chemical Engineering Journal, DOI : https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141090

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