암 진단부터 치료, 면역반응을 `한번에`…암 위치 실시간 관측

표준연, 기존 암치료 극복 '다기능성 나노물질' 개발
암세포 겨냥 진단, 치료...차세대 치료 플랫폼 기대

표준연 연구진이 나노 디스크 합성을 위한 임프린팅 장비를 관측하고 있다. 표준연 제공

표준연은 암 진단부터 치료, 면역 반응까지 유도하는 '다기능성 나노물질'을 개발했다. 사진은 '다기능성 나노물질'의 치료 플랫폼 모식도. 표준연 제공

한국표준과학연구원은 나희경 박사 연구팀이 암 진단뿐 아니라 치료, 면역 반응을 동시에 유도하는 '다기능성 나노물질'을 개발했다고 19일 밝혔다.

현재 항암 치료는 수술, 방사선 치료, 항암화학요법 등이 주로 쓰이는데, 암 조직과 정상 조직에도 손상을 주는 부작용이 있다.

지름 1∼100(㎚·10억분의 1ｍ) 크기의 나노물질의 물리적·화학적 특성을 이용한 치료법은 암세포와 병변 부위를 정밀하게 표적해 약물을 전달하고 제거할 수 있어 기존 암 치료법의 한계를 극복할 차세대 암 치료 플랫폼으로 주목받고 있다. 환자별 유전체를 고려한 맞춤형 치료도 가능해 부작용은 줄이면서 효과는 높일 수 있다.

연구팀은 암 부위의 위치와 상태를 실시간으로 확인해 치료하고, 면역 반응 체계도 활성화할 수 있는 나노물질을 개발했다.

이 나노물질은 금 사이에 철을 넣은 삼중 층 구조의 나노디스크(나노 원형 형태)로 기존 구형 물질보다 구조적 안정성이 뛰어나고, 종양 부위에 자석을 대면 철의 자성으로 인해 나노물질을 쉽게 끌어당겨 치료 효율을 높일 수 있다.

특히 광음향 영상 기능을 탑재해 종양의 위치와 물질의 전달 과정을 실시간 관측할 수 있다. 광음향 영상은 나노디스크에 빛을 쏜 뒤 열로 인해 발생하는 진동(초음파)을 영상화하는 기술로, 나노물질이 종양 부위에 도달하는 시점에 맞춰 치료를 통해 효과를 높일 수 있다.

연구팀은 쥐 실험을 통해 종양 부위에 나노입자가 축적되는 과정을 추적되는 과정을 시간대별로 추적, 치료에 가장 효과적인 시점이 나노물질을 투여한 뒤 6시간 지난 시점이라는 점을 확인했다.

기존 나노물질은 금 입자에 열을 가해 암세포를 제거하는 광열 치료만 가능했으나, 나노디스크는 철의 성질을 이용해 종양 내부에 산화를 일으키는 화학역동치료, 활성산소에 의한 세포 괴사를 유도하는 페롭토시스 치료까지 가능하다. 치료 후에는 면역 반응 물질도 유도해 재발할 경우 기억한 암세포를 공격하도록 유도한다.

실제 쥐 실험에서 나노디스크를 통해 경고 신호를 생성한 결과, 면역세포 수가 최대 3배 가량 늘어났다고 연구팀은 설명했다.

나희경 표준연 책임연구원은 "일반적인 나노물질이 단일 원소로 구성돼 한 가지의 기능만 수행하는 데 비해, 이번에 개발한 물질은 금과 철의 물성을 복합적으로 이용해 다양한 기능을 수행하도록 제작한 것이 특징"이라고 말했다.

이 연구결과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(2월 1일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr