봉기완 교수팀 연구 결과, 해당 분야 권위 학술지 Advanced Functional Materials 게재돼
▲ 고려대 화공생명공학과 봉기완 교수
봉기완 고려대학교 화공생명공학과 교수 연구팀, 심민석 인천대학교 생명공학부 교수 연구팀, 방석호 성균관대학교 화학공학과 교수 연구팀이 순차적 약물 전달을 활용하여 저산소의 암 조직을 효율적으로 사멸시키는 기술 개발에 성공했다.
강력한 산화력을 통해 암세포를 효율적으로 사멸시킬 수 있는 활성산소 기반 암 치료 기술이 최근 활발히 개발되고 있다. 특히, 초음파에 의해 산소를 활성산소로 전환시키는 압전 나모촉매를 암 조직에 전달하는 기술은 부작용이 거의 없고 신체 깊숙이 존재하는 암 조직도 효과적으로 사멸시킬 수 있어 큰 주목을 받고 있다. 그러나, 암 조직 내에는 산소 농도가 희박하여 활성산소 생성에 필요한 산소의 공급이 어렵다는 한계에 있다.
세포 내의 과산화수소를 분해하여 산소를 생성하는 카탈레이스와 산소를 활성산소로 전환시키는 압전 나노촉매를 암 조직에 전달하여 연쇄반응에 의해 다량의 활성산소를 생성시키는 기술 개발은 해당 한계를 극복하는 열쇠가 될 수 있다. 그러나 여러 약물을 단일 전달체에 탑재하여 조직에 전달하는 기존 칵테일식 약물전달 기술은 다중의 약물을 순차적으로 암 조직 내로 전달하기 어려워 활성산소 생성 효율이 낮고 약물 부작용에 대한 위험성이 높다.
이에 본 연구팀은 유동 리소그래피를 활용하여 순차적 약물 방출이 가능한 이중 구획 야누스 약물전달체를 개발했다. 전달체 각 구획에 카탈레이스와 압전 나노촉매를 개별적으로 탑재했으며, 산성의 암 조직 내에서 전달체가 분해되어 내부에 탑재된 약물들이 방출될 수 있도록 산성 환경에서 생분해성을 갖는 케탈기 기반 단위체를 활용해 전달체를 합성하였다. 또한, 카탈레이스와 압전 나노촉매가 탑재된 전달체의 각 구획이 암 조직 환경에서 다른 속도로 분해되도록 구획별 전구체 조성을 다르게 하여, 카탈레이스와 압전 나노촉매의 순차적 방출을 성공적으로 구현하였다.
이 약물전달체를 활용하여, 활성산소 생성 효율의 증대를 통해 이중구획 약물전달체 기반 순차적 약물 전달 기법이 기존 칵테일식 기법보다 더 우수한 암세포 사멸 효과를 지님을 최초로 증명하였다. 그리고 종양 이식 마우스의 암 조직에 약물전달체를 주사로 주입한 결과 종양의 성장률이 대조균 대비 3배 이상 낮게 나타났으며, 간 및 신장 독성 테스트를 통해 약물전달체의 우수한 생체안정성을 확인하였다.
본 연구 결과는 산소 공급 및 활성산소 생성 약물의 방출 양상을 독립적으로 제어하여 항암 효과를 구현한 첫 사레이다. 특히, 저산소 환경의 암 조직에서 항암 효과를 극대화할 수 있는 본 기술은 다양한 종류의 암 치료에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
이번 연구 성과는 재료과학 및 화학공학 분야의 권위 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, IF=19,924)에 1월 14일부로 온라인 게재되었으며 Inside Back Cover에 선정되었다.
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