고효율 표적형 항암 치료제 전달 시스템 개발

김원종 교수팀, 신개념 항암치료 기술 기반 제공

김원종 그룹리더

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 고효율 표적형 항암 치료제 전달 시스템을 개발했다.

미래창조과학부와 기초과학연구원(IBS)은 복잡계 자기조립 연구단 그룹리더인 김원종 교수팀이 경북대학교, 미국 워싱턴대학 연구진과 공동으로 부작용이 적고 높은 항암치료율을 보이는 효율적인 항암제 전달 시스템을 개발했다고 8일 밝혔다.

이번 연구 성과는 강력한 주인-손님 상호작용을 이용해 암세포에 선택적 항암치료를 가능하게 했다.

주인-손님 상호작용이란 구조적으로 빈공간이 있는 내부에 어떤 물질이 특이적인 상호작용으로 들어가는 것으로 빈 공간이 있는 물질을 주인물질이라 하고 들어가는 물질을 손님물질이라 한다.

연구진은 그동안 항암치료의 문제점으로 지적돼 온 혈액순환 과정에서의 비정상적인 항암제 방출로 인한 부작용을 해결하고 표적물질 도입을 통해 암세포를 만났을 때만 선택적으로 항암제를 전달․치료할 수 있는 기술을 개발했다.

새로운 전달 시스템은 대량생산 및 개발이 간편해 앞으로 항암제 개발에 중요한 기술적 기반을 제공할 것으로 기대된다.

연구 결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈지 8일자에 온라인 게재됐다(제1저자: IBS 복잡계 자기조립 연구단 남궁란 박사(POSTECH 화학과), 교신저자 : 김원종 그룹리더, 경북대 알란 호프만 교수).

연구진은 항암제의 일종인 파클리탁셀이 환상구조의 올리고당인 싸이클로덱스트린 내부에 들어가는 주인-손님 상호작용에 주목해 이를 새로운 약물 전달 시스템의 개발에 응용했다.

연구진은 주인-손님 상호작용 극대화를 위해 고분자화된 싸이클로덱스트린과 고분자화된 파클리탁셀을 개발하고 이들 간의 상호작용을 통해 혈액 내에서 안정된 구조체를 유지하는 새로운 종류의 나노조립을 만든 후 표면에 암세포 표적물질을 도입해 혈액 속을 안정적으로 순환하면서 효율적으로 항암제를 전달하는 암세포 표적 약물 전달 시스템을 개발했다.

혈액순환 과정에서는 안정된 구조체를 유지해 항암제의 방출을 억제하지만 암세포 내부로 유입됐을 때 항암제가 선택적으로 방출돼 효율적인 항암치료가 가능하게 했다.

지금까지 다양한 항암제들이 개발돼 왔지만 효율적인 항암치료가 이뤄지지 못한 것은 치료 약물을 효율적으로 암세포에 전달할 수 있는 시스템이 없었기 때문으로 항암제가 암세포로 도달되기 전에 혈액 내에서 비정상적으로 방출돼 낮은 항암효과와 높은 부작용을 유발했다.

현재 가장 많이 사용되는 항암제 전달 시스템은 단순히 비수용성의 항암제를 유기용매에 녹여 직접 주사하는 방법으로 암세포가 아닌 정상세포에도 항암제가 전달되고 유기용매에 의한 독성 때문에 많은 부작용을 일으키는 단점이 있다.

높은 항암효과를 가지고 부작용을 줄이기 위해서는 항암제를 안전하게 암세포로만 전달할 수 있는 새로운 개념의 약물전달 시스템의 개발이 필수적이었다.

최근 사용되기 시작한 고가의 차세대 약물들은 마이셀이라는 약물 전달 시스템을 이용한 방법으로 용매에 의한 부작용은 줄일 수 있지만 암세포에 도달하기 전 혈액순환 과정에서 약물 전달 시스템이 붕괴돼 비정상적인 약물 방출로 인해 효율성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.

김원종 IBS 복잡계 자기조립 연구단 그룹리더는 “강력한 주인-손님 상호작용을 이용한 항암제 전달 시스템은 항암치료에 높은 효과를 보일 수 있다”며“간편한 방법으로 항암제의 대량생산 및 개량이 가능해 앞으로 다양한 질병 치료를 위한 약물 전달 시스템의 개발에 중요한 기술적 기반이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구진이 개발한 새로운 항암제 전달시스템의 형성 및 작용 경로, 고분자화된 싸이클로덱스트린과 고분자화된 파클리탁셀 간의 주인-손님 상호작용을 통해서 이루어진 나노조립체는 강력한 안정성으로 인해 혈액 내에서 안정적으로 순환하다가 선택적으로 암세포에 유입된다. 암세포에 유입된 나노조립체는 세포 내의 에스테라아제라는 효소에 의해 구조가 붕괴되고 방출된 파클리탁셀은 효율적으로 암세포를 사멸시킨다