3가지 무기로 동시에 암을 공격: 약물 3종을 동시에 전달하는 새로운 나노입자

[임재성(보검)]

3가지 무기로 동시에 암을 공격: 약물 3종을 동시에 전달하는 새로운 나노입자 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=245794
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-04-17
나노입자를 이용하여 항암제를 전달하는 기술은 암에 약물을 직접 전달할 수 있기 때문에 부작용을 감소시키고 효과를 높이는데 도움을 준다. 지금까지 과학자들은 나노입자에 하나 또는 두 개의 약물을 탑재하여 암에 전달하는데 성공했다. 그러나 그 이상의 약물을 하나의 나노입자에 정밀한 비율로 탑재하는 것은 매우 어려웠다고 한다. 이번에 MIT의 화학자들이 3종 이상의 약물을 탑재할 수 있는 새로운 나노입자를 개발했다. 연구팀이 ‘Journal of the American Chemical Society’에 발표한 논문에 따르면, 이 새로운 나노입자에 난소암 치료에 이용되는 약물 3종을 탑재하는데 성공했다고 한다. 연구를 주도한 MIT 화학과의 Jeremiah Johnson 교수는 “이번 결과는 서로 다른 3가지 기작을 갖는 약물들을 하나의 나노입자에 정밀한 비율로 탑재시키고, 이들을 유리시켜서 효과를 보인 최초의 사례”라고 밝혔다. 논문에 따르면 3종의 난소암 약물을 탑재한 나노입자는 하나 또는 두 개의 약물을 탑재한 나노입자보다 훨씬 효과적이었다고 한다. 지금 연구팀은 종양이 이식된 동물에서 항암제 탑재 나노입자의 효과를 시험 중이라고 한다. 연구팀의 새로운 나노입자는 여러 약물을 동시에 탑재시킬 수 있기 때문에 기존 약물들의 부작용을 줄이면서도 보다 효과적으로 암세포를 사멸시키는 치료법의 개발이 가능할 것으로 기대되고 있다. 연구팀의 새로운 방식은 기존의 약물 전달 나노입자들에서 발생하는 한계를 극복하고 있다. 기존 나노입자들은 입자 내부에 소분자 약물을 캡슐화시키거나 입자에 약물을 물리 화학적으로 결합시켰다고 한다. 이들 기술들은 모두 약물을 입자에 탑재시킬 때에 물리 화학적 반응이 요구되고 있기 때문에 약물을 추가할 때마다 큰 어려움이 있다고 한다. 때문에 이들 기술을 융합하여 약물 하나는 입자 내부에 캡슐화시키고 다른 하나는 표면에 부착시키는 방법도 성공을 했지만 여전히 동시 이용 가능한 약물이 2개라는 문제점이 존재하고 있다. 연구팀은 이러한 문제점을 극복하기 위하여 여러 개의 약물들을 탑재할 수 있는 새로운 형태의 나노입자를 만들었다고 한다. 기존 방식처럼 나노입자를 만들고 약물 분자를 결합시키는 대신에 이미 약물을 포함하는 나노입자 구성 단위를 제조했다고 한다. 이들 구성 단위들을 매우 특별한 구조로 융합시킴으로써 연구팀은 각각의 약물들이 포함되는 양과 비율도 정밀하게 조절할 수 있었다고 한다. 각각의 구성 단위는 약물 분자, 다른 구성 단위와 연결되는 부위, 폴리에틸렌 글라이콜(PEG) 사슬의 3가지 요소로 만들어져 있다. 수백 개의 이들 구성 단위들은 Johnson 박사가 개발한 ‘brush first polymerization’이라는 기술을 이용하여 하나로 중합시켜서 약물 탑재 나노입자가 된다고 한다. Johnson 박사는 “이것은 시작 단계부터 나노입자를 구축하는 새로운 방법이다. 나노입자에 5종의 약물을 탑재하기를 원하면 5개의 구성 단위를 만들어서 이들을 조합하면 된다. 이론적으로 얼마나 많은 약물이 추가 가능한가에 대한 한계는 없다. 또한 탑재되는 약물의 비율도 이들을 초기 단계에서 어떻게 혼합시키는가에 따라서 결정되게 된다”고 밝혔다. 이번 논문에서는 난소암 치료에 단독 또는 병용 투여되는 cisplatin, doxorubicin, camptothecin의 3종의 약물을 탑재한 나노입자가 제조되었다. 나노입자는 서로 다른 기작을 갖고 있는 이들 3종의 약물들의 최대 내약 투여량에 맞추기 위하여 특정한 비율로 혼합시켰다고 한다. 또한 이들 약물들도 나노입자에서 다른 방식으로 유리되도록 만들었다고 한다. Cisplatin은 나노입자가 세포로 유입된 세포에 존재하는 항산화물질인 glutathione에 반응하여 바로 유리되고, camptothecin은 esterase라는 세포 내 효소에 반응하여 빠르게 유리된다고 한다. 이와 달리 doxorubicin은 입자에 UV 광을 쪼였을 때에만 유리되도록 만들어졌다고 한다. 이들 약물 3종이 모두 유리된 후에 남겨진 PEG는 쉽게 생분해된다고 한다. 이번 연구에 참여하지 않은 University of Massachusetts at Amherst의 고분자 공학과 교수인 Todd Emrick 박사는 “이번 결과는 여러 다른 계열의 약물을 같은 플랫폼에 동시에 포함시키고 유리시키는 매우 현명한 방식을 보여주고 있다”고 밝혔다. 이번 연구에서 MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research의 David H. Koch 교수가 난소암 세포들에 대한 나노입자의 항암 효과를 시험했다고 한다. 3종의 약물을 탑재한 나노입자는 하나 또는 두개의 약물을 탑재한 나노입자보다 암세포 사멸에서 뛰어난 효과를 확인시켜 주었다. 현재 연구팀은 4종의 약물을 나노입자에 탑재시키는 연구를 진행 중이다. 또한 연구팀은 나노입자가 특정 암세포에만 작용할 수 있도록 암세포 표면의 특정 단백질에 상호작용하는 물질을 나노입자에 부착시키는 연구도 계획 중이라고 한다. Johnson 박사는 이번 연구에 기초하여 다중약물 탑재 나노입자가 새로운 항암 요법으로서 대규모 임상시험을 수행하겠다는 희망도 갖고 있다. 그림설명: 연구팀의 나노입자 제조 방식 및 약물 유리 결과 Journal Reference: Longyan Liao, Jenny Liu, Erik C. Dreaden, Stephen W. Morton, Kevin E. Shopsowitz, Paula T. Hammond, Jeremiah A. Johnson. A Convergent Synthetic Platform for Single-Nanoparticle Combination Cancer Therapy: Ratiometric Loading and Controlled Release of Cisplatin, Doxorubicin, and Camptothecin. Journal of the American Chemical Society, 2014; 140411153152006 DOI: 10.1021/ja502011g NP.gif http://www.sciencedaily.com/releases/2014/04/140415125542.htm
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