[LAB을 찾아서]'하프늄 나노 플랫폼 개발' 성균관대 박우람 교수 연구팀

암 방사선 치료 효과 ↑·부작용은 ↓
방사선 민감도 향상, 저항성 억제

박우람 성균관대 융합생명공학과 교수 연구팀이 암 방사선 치료의 효과를 높이는 이중 기능성 하프늄 나노 플랫폼을 개발했다. 하프늄 나노입자를 이용해 방사선 민감도를 향상시키는 동시에 방사선 저항성은 억제하는 기술이다.

박우람 교수 연구팀. 성균관대 제공

14일 성균관대학교에 따르면 박 교수팀의 연구 성과는 'Dual-Functional Hafnium Oxide Nanoplatform Combining High-Z Radiosensitization with Bcl-2 Gene Silencing for Enhanced Cancer Radiotherapy'라는 제목으로 바이오메디컬 엔지니어링 분야 국제학술지 'Advanced Healthcare Materials'에 지난 3일 온라인 게재됐다.

연구팀은 하프늄 나노입자의 특성을 이용해 방사선 치료 효과를 극대화하는 동시에 부작용은 줄이는 기술을 개발했다. 하프늄 나노입자는 하프늄 원소(Hf)로 이뤄진 나노미터 크기의 입자다. 원자 번호(72번)가 높아 방사선을 조사할 때 방사선 에너지를 효율적으로 흡수해, 방사선 민감도를 향상시킬 수 있다. 활성산소 생성 또한 증가시켜 암세포의 DNA를 손상시키며 방사선 저항성을 억제할 수도 있다.

방사선 민감화와 유전자 침묵화를 동시에 구현하는 이중 기능성 하프늄 나노 플랫폼의 작용 메커니즘 개략도. 성균관대 제공

나노 플랫폼의 하프늄 나노입자 표면은 양이온성 고분자로 코팅돼 있다. 이를 통해 암세포 생존에 중요한 Bcl-2 유전자를 억제하는 siRNA(짧은 이중가닥 RNA)를 효과적으로 전달할 수 있다. Bcl-2 유전자는 DNA 손상 복구에 관여하는 유전자로, 암세포에서 과발현되면 방사선 치료 저항성을 증가시키는 주원인이 된다. siRNA를 통해 세포 내에서 특정 유전자의 발현을 선택적으로 막을 수 있다.

연구팀은 하프늄 나노 플랫폼이 방사선 치료와 함께 사용될 때 치료 효과를 극대화한다는 사실을 밝혀냈다. 암세포의 DNA 손상을 증가시키는 동시에 DNA 손상 복구 기전을 억제하는 것이다. 생쥐 대장암 모델을 이용한 동물 실험에서 실험군은 대조군 대비 종양 성장이 약 80% 억제됐다. 반면 실험군의 정상 조직과 주요 장기의 부작용은 최소화된 것으로 나타났다.

하프늄 나노 플랫폼 기술은 기존 방사선 치료의 한계를 극복할 것으로 기대된다. 기존 방사선 치료는 방사선을 세포에 조사해 세포 생존에 필수적 기관인 DNA와 세포막에 직간접적으로 작용하는 방식이다. 이때 방사선을 받은 세포는 대부분 이후 세포 분열 시 죽게 되고, 일부 세포는 노화되어 수명을 다하게 된다. 하지만 정상 조직과 암 조직 모두 방사선으로 인한 장애를 겪는다는 부작용이 있다.

박우람 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 이중 기능성 하프늄 나노 플랫폼은 기존 방사선 치료의 한계를 극복하고, 암 방사선 치료의 효과를 높이고 부작용은 줄이는 새로운 기술로, 향후 난치성 암 치료 분야에 혁신을 가져올 것"이라고 말했다.

이은서 수습기자 libro@asiae.co.kr