생체 내 실시간 자가조립 신소제 제어 통한 차세대 암 치료 및 영상화를 위한 전략 제시
강희민 교수팀, Nature Reviews Materials에 논문 게재
▲ 왼쪽부터 김재원 박사과정(제1저자/화학과), 이성규 석박사통합과정(제1저자/신소재공학부), 강희민 교수(교신저자/신소재공학부), 김종승 교수 (교신저자/화학과)
공과대학 신소재공학부 강희민 교수, 이과대학 화학과 김종승 교수 및 난양공대 화학공학과 Kanyi Pu 교수로 구성된 국제 공동연구팀이 생체 내 실시간 자가조립 (in situ self-assembly) 제어를 통한 암 치료 및 암세포 영상화 효율을 극대화하는 다양한 접근법에 대한 리뷰 논문을 네이처 리뷰 머티리얼즈(Nature Reviews Materials, IF=83.5)에 8월 29일(현지시간 기준) 게재했다.
- 논문명 : In situ self-assembly for cancer therapy and imaging
기존의 비실시간 자기조립 (ex situ self-assembly)으로 구성되는 기능성 나노 의약품은 치료 및 기능 효과가 제한적이었다. 예컨대, 비실시간 자기조립체는 종양 침투 능력이 부족하고 혈액 순환 효율이 좋지 못하다는 점에서 효과적으로 암세포사멸을 유도하거나, 암세포 표적 진단에 어려움이 있었다.
연구팀은 실시간 자기조립 (in situ self-assembly)에 기초한 암 치료법은 단량체의 혈액 순환 강화, 낮은 약물 내성, 심부 종양 및 세포 소기관을 표적 할 수 있는 등 암 치료에 다양한 이점을 가진다고 기술했다. 이와 같은 실시간 자기조립 접근법에 기반한 암치료 플랫폼은 기존 치료법과 비교해서 향상된 암세포 선택적 사멸을 유도하거나, 암 진단 및 절제 수술을 위한 효과적인 고형암 영상화를 구현할 수 있는 최신 나노의학기술로 평가받고 있다.
논문에서는 세포외 및 세포내 환경에서 다양한 세포 내부 및 외부 자극을 기반으로 암 치료 및 영상화를 위한 최신의 실시간 자기조립체 유도 방식을 총망라하여 정리했다. 또한, 세포 내외부에서 형성된 자기조립체는 기존 연구에서는 다루지 않던 자기조립체의 기계적 스트레스 유발을 통한 효과적인 암세포 사멸이 가능하며, 단량체에 암세포 표적물질 결합을 통한 암세포 선택적 치료법 및 심부 종양에 대한 향상된 침투 효과에 대해 강조했다. 더불어, 실시간 자기조립 나노 구조만이 가지는 다중모드 동적 변환의 작동원리 및 임상 측면의 장점에 대해서도 설명했는데, 연구팀은 “본 접근법이 단순히 하나의 단계를 통해 실시간 자기조립체를 만드는 것이 아닌, 자가조립 과정이 순차적으로 설계되어 암세포 사멸 효율의 극대화, 약물 내성 및 부작용 감소를 이끌어낼 수 있다”고 설명했다.
논문의 교신 저자인 김종승 화학과 교수와 강희민 신소재공학부 교수는 “임상적 관점에서 생체 내 실시간 자기조립 나노의학이 기존 암 치료법에 대한 궁극적인 대안을 제공할 수 있는 차세대 기술”이라면서, “리뷰 논문이 모든 나노의학 연구자들로 하여금, 실시간 자기조립을 통한 전략적 암세포 표적 약물 전구체 개발로 부작용 없는 고효율 암 치료 및 진단에 초석을 다지는데 기여하길 바란다”고 말했다.
* Self-assembly (자기조립): 무질서하게 존재하는 단량체가 추가적인 자극 없이 구성 요소 간의 상호작용에 의해 자발적으로 특정 패턴이나 고차원 구조를 형성하는 과정을 통칭함.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 리더연구자 및 중견연구자지원사업으로 수행됐다.
<그림 1> 실시간 자가조립을 통한 암 치료와 영상화의 개념도
가. 과발현된 효소와 수용체 등의 세포 내부 자극을 이용한 실시간 세포외 자가조립으로 세포의 수송체를 차단하여 세포 대사를 억제하거나, TNF 수용체를 자극하여 세포사멸 신호 유도함
나. 세포 외부 자극을 이용한 실시간 세포내 자가조립. 빛 자극으로 유도된 전자 전달로 자가조립을 형성하고, 형성된 자가조립체는 세포사멸 신호를 유도함. 균일 자기장에 의해 자성 나노입자가 자가조립되고, 회전 자기장에 의한 자가조립 회전으로 리소좀 파열 유도함
다. 다중모드로 동적변화가 가능한 실시간 자가조립으로 지속 가능한 가역적 약물 활성화와 미토콘드리아 표적 세포사멸 신호 유도함
라. 세포 내부 자극을 이용한 세포내 실시간 자가조립으로 암세포 특이적 치료와 영상화
커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)