암 치료 부작용↓ ‘신 나노입자’ 개발…난치성 암 치료 기대

사진은 기사의 특정 사실과 관련 없음. 이미지투데이

암 치료에 사용되는 산화철 나노입자(IONP)의 부작용과 치료효과를 개선한 신소재가 개발됐다.

백선하 서울대 의대 신경외과 교수와 박원철·임형준 서울대 융합과학기술대학원 교수 공동 연구팀이 기존 자기 온열치료(Magnetic Hyperthermia)에 사용되던 산화철 나노입자보다 치료효과를 높이고 부작용을 최소화한 브로마이드-산화철 나노입자 신소재를 개발했다고 밝혔다. 이 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘RSC Advances’에 최근 게재됐다.

자기 온열치료는 암 종양의 국소치료를 위한 추가적인 보완지지요법으로 1957년 시작됐다. 최근에는 혈관에 자성(磁性) 나노입자를 주입해 종양에 몰리게 한 다음 교류 자기장에 노출시켜 열을 내게 하는 방식으로 표적치료가 이뤄지고 있다. 이렇게 하면 암세포 주변의 정상세포에 영향을 주지 않고 암세포만 국소적으로 파괴할 수 있는 장점이 있다.

다만 열 변환 효율이 떨어지는 문제가 있고, 이를 해결하기 위해 나노입자 농도를 높일 경우 정상세포에 피해를 주는 독성이 나타날 수 있다는 점이 지적돼 왔다.

브롬화칼륨(KBr)과 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리에테르이미드(PEI) 용매를 이용한 비등방성 각형 브로마이드-산화철 입자 구성 과정. 자료제공=서울대병원

연구팀은 이를 해결하기 위해 브롬화칼륨(KBr)을 이용해 다양한 각을 갖는 나노입자 신소재를 구성해 기존 산화철 나노입자의 크기와 모양에 따른 자기 특성을 개선했다.

특히 개선 과정에서 사용된 유기용매는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리에테르이미드(PEI)로, 다른 유기용매에 비해 독성이 덜하다는 게 연구팀의 설명이다.  

결과적으로 연구팀은 적정량(333.3mM)의 브롬화칼륨을 더한 비등방성 각형의 브로마이드-산화철 나노입자에서 암세포 사멸에 충분한 약 23℃의 발열효과가 나타난다는 점을 확인했다. 비등방성은 방향에 따라 물질의 물리적 성질이 다른 것을 뜻하며, 산화철 나노입자는 비등방성을 증가시켜주면 열효율이 증가하는 특징을 갖는다.

또 나노입자 신소재의 독성을 확인하기 위한 세포 실험 결과, 암세포에 비해 정상세포에서 독성이 덜하다는 점도 확인했다. 특히 1㎖ 당 100㎍ 농도까지는 독성이 나타나지 않았다.

적정량(333.3mM)의 브롬화칼륨(KBr)을 더한 비등방성 각형 브로마이드-산화철 입자에서 약 23℃의 발열효과가 나타났다. 자료제공=서울대병원

연구팀은 향후 해당 나노입자 표면에 방사성 동위원소를 포함하는 작용기(화학물질의 성질을 나타내는 원자들의 모음)를 추가 첨가하면 더 좋은 치료용 나노입자로 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

백선하 교수는 “새롭게 개발된 브로마이드-산화철 나노입자는 암 극복을 위한 자기 온열치료에서 좋은 성능을 보일 것으로 예상된다”며 “전임상 실험에서 좋은 결과를 얻게 되면 임상 적용에 한 걸음 더 나아갈 것”이라고 밝혔다.

박원철 교수는 “브로마이드-산화철 나노입자는 브로마이드 농도에 따라 다른 광열 변환 효율을 보였고 KBr의 농도가 333.3mM일 때 가장 높은 수치를 보였다”며 “반복된 실험에서도 동일한 성능을 유지한 것을 봤을 때 안정된 나노입자임을 확인했다”고 설명했다.