반복 투여해도 면역 반응 피해 암 치료 효과 유지하는 나노 약물

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암 치료용 나노 약물을 반복 투여하면 면역계가 이물질로 인식해 빠르게 제거하는 바람에 치료 효과가 떨어지는 고질적 문제를 해결할 방법이 나왔다.

김종승 고려대 화학과 교수 연구팀은 반복 투여에도 면역 반응을 회피해 치료 효과를 유지하는 차세대 나노 플랫폼을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 '미국화학회지'에 지난달 9일 게재됐다.

나노 약물 전달 시스템은 눈에 보이지 않을 만큼 작은 입자에 약물을 담아 암이 생긴 부위에 정확하게 전달하는 기술이다. 나노 입자 표면에는 폴리에틸렌글리콜(PEG)이라는 물질을 입힌다. PEG라는 물질은 면역 세포의 공격을 막아 약물이 혈액 속에서 오래 머물도록 하는 보호막 역할을 한다.

같은 약물을 반복 투여하면 면역계가 PEG를 외부 물질로 기억해 항체를 만들고 이후 투여 시 나노 입자를 빠르게 제거해버린다. 약물이 몸속에 머무는 시간이 줄고 종양에 쌓이는 양도 감소해 치료 효과가 떨어진다.

연구팀은 나노 입자 표면에 기존처럼 PEG를 일자로 붙이는 대신 여러 갈래로 뻗어나가는 가지형 PEG를 결합해 입체적인 방어막을 만들었다. 촘촘하게 얽힌 구조 덕분에 면역 세포가 나노 입자를 이물질로 알아보지 못하고 약물이 체내에 오래 머물며 종양에 충분히 쌓일 수 있게 됐다.

연구팀은 나노 플랫폼에 빛을 쪼여 암세포를 죽이는 광역학치료 기술을 적용했다. 광역학치료는 특정 파장의 빛을 받으면 활성산소를 만들어내는 물질을 암 부위에 전달한 뒤 빛을 쪼여 암세포를 파괴하는 방식이다. 

면역 회피형 나노 플랫폼의 작동 원리. (a) 빛을 받아 활성산소를 만드는 물질(KD1)의 분자 구조 설계 과정. (b) 기존 나노 입자(왼쪽)는 반복 투여 시 면역 세포가 항체를 만들어 빠르게 제거하지만 가지형 보호막을 입힌 나노 플랫폼(오른쪽)은 면역 감시를 피해 혈액 속에 오래 머문다. (c) 나노 플랫폼이 암세포 안에서 활성산소를 만들어 에너지 공장인 미토콘드리아를 망가뜨리고 세포 사멸을 유도하는 과정. 고려대 제공

개발된 나노 플랫폼은 종양 내부처럼 산소가 부족한 환경에서도 암세포를 죽이는 활성산소를 만들어냈다. 활성산소가 암세포의 에너지를 만드는 핵심 기관인 미토콘드리아를 망가뜨려 세포가 스스로 죽도록 유도하는 원리다. 기존 광역학치료는 산소가 충분해야 효과를 내는데 산소가 부족한 종양 깊숙한 곳에서는 효과가 떨어지는 현상을 방지했다.

김종승 교수는 "나노 약물의 보호막 구조를 새로 설계해 반복 투여 때 면역에 걸리는 문제를 근본적으로 해결하고 약물이 종양에 안정적으로 쌓이면서 치료 효과도 유지되는 것을 확인했다"며 "여러 차례 투여할 수 있는 광역학치료 기술로 암 치료 발전에 기여할 것"이라고 말했다.

<참고> 
doi: 10.1021/jacs.5c21383

왼쪽부터 딩치항 고려대 화학과 연구원, 화스웨이 석사과정생, 김고은 박사과정생, 김종승 교수. 고려대 제공

[임정우 기자 jjwl@donga.com]