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경희대학교(총장 한균태) 의과대학 김도경 교수 연구팀이 암세포의 특이적 생체 반응을 바탕으로 암 특이적 영상화 및 화학·광역학에 기반한 항암 나노치료제를 개발했다.

연구팀이 활용한 ‘광역학치료(photodynamic therapy, PDT)’는 부작용이 적은 항암치료로 주목받는 방식이다. 일반적인 항암치료는 독성 항암제를 사용하는 ‘화학치료(chemotherapy)’이다. 화학치료는 세포 특이성이 낮아 암세포와 함께 정상세포도 제거하는 부작용이 따른다. 이는 다양한 형태의 신체적·정신적 부작용을 유발한다.

광역학치료는 ‘광감각제(photosensitizer)’가 특정 파장의 빛에 반응해 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 형성해 암세포와 그 이전 단계의 세포를 감소시키는 기술이다. 최근에는 이러한 광역학치료 광감각제의 임상시험이 국내외에서 계획 중이라는 소식이 전해지고 있다. 이러한 현황은 광역학치료가 향후 새로운 항암치료 기법으로 폭넓게 활용될 가능성을 반증한다. 하지만 광감각제는 암의 활성산소종 내성으로 종양 미세환경(tumor microenvironment)에서 치료 효과가 줄어들어 효과적으로 작용하지 못 할 수 있는 점이 한계로 지적된다.

종양 내 과발현되는 글루타티온과 상호작용하는 나노치료제 개발

김도경 교수 연구팀은 종양 미세환경 내에 생체 분자인 글루타티온(glutathione)이 과발현된다는 연구 결과에서 착안해 글루타티온과 효과적으로 상호작용하는 ‘니트로벤젠-구리 나노 복합체’ 기반 나노치료제 개발에 성공했다. 김 교수 연구팀이 개발한 치료제는 구리의 환원과 글루타티온의 산화로 활성산소종을 방출한다.

이 과정에서 나노 복합체가 활성화돼 형광을 방출하고, 광감각제로의 구조 변화를 거치면서 화학치료와 광역학치료를 동시에 가능케 한다. 해당 나노 복합체는 정상세포에서 매우 낮은 독성을 보였지만, 암세포에서는 특이적인 형광 방출과 활성산소종의 생성으로 그 치료 효과를 보여줬다.

연구팀은 이를 세포 수준뿐만 아니라 이종이식 마우스 모델에도 적용해, 종양 조직의 단백질을 분석했다. 그 결과 나노 치료제가 작용한 초기 암에서 활성산소종으로 인한 면역 반응인 암세포의 혈관신생을 억제하는 ‘항 혈관신생’ 효과가 있었다. 암의 확장을 억제하는 효과를 직접 확인한 것이다.

연구 결과는 ‘In Situ Activatable Nitrobenzene-Cysteine-Copper(II) Nano-complexes for Programmed Photodynamic Cancer Therapy(프로그래밍 된 광역학적 암 치료를 위한 자가 활성화 나이트로벤젠-시스테인-구리(II) 나노 복합체’라는 제목의 논문으로 최근 세계적 학술지인 (IF=15.0)에 게재됐다. 학술지의 편집자들은 이번 성과에 대해 “체계적인 화학적 설계가 나노 의학과 융합돼 획기적인 항암 치료제 개발 가능성을 증명한 탁월한 사례”라고 평가했다.

김도경 교수는 “알려지지 않은 개념의 신소재 발굴에 집중된 연구를 많이 진행하고 있다. 기존에 알려지지 않은 물질 구조와 이의 생물학적 응용이니 원천기술 확보도 가능하고, 우수한 저널에 게재되기도 한다. 이번 연구도 같은 경우이다”라며 “향후 이번 연구 결과를 바탕으로 다양한 차세대 의약품이 발굴될 가능성이 있다. 이 분야의 선두 주자로 더욱 정진하겠다”라고 연구 소감을 밝혔다.

이번 연구는 보건복지부 한국 보건 기술 연구개발 사업, 한국연구재단의 바이오 의료 기술 개발 사업, 그리고 기초 연구기관 사업 등의 지원으로 수행됐다.

* 자료 제공 : 경희대학교

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