전상용·이희승 KAIST 교수팀, '어드밴스드 머티리얼즈' 표지논문 장식
나노입자에 항암제 선적 타깃 종양 광열치료·화학요법 통해 효과적 치료
다양한 암종 타깃…향후 다른 질병·특정 장기 표적형 치료제 확장 가능
국내 연구진이 항암치료용 나노의약(nanomedicine) 개발에 성공했다. 향후 다른 질병이나 특정 장기 표적형 나노의약 개발에도 확장할 수 있어 기대를 모으고 있다.
KAIST는 전상용(생명과학과)·이희승(화학과) 교수 공동연구팀이 인공탄수화물(artificial glycopolymer) 라이브러리 플랫폼을 이용해 항암치료용 나노의약 개발에 성공했다고 7월 12일 밝혔다.
세포막을 둘러싸고 있는 다양한 형태의 당 사슬 집합체를 글라이코칼릭스(glycocalyx)라고 한다. 특히, 암세포 및 암종에 따라 특이적인 글라이코칼릭스는 여러 가지 당에 대해 다른 결합력을 가진다.
연구팀은 이에 착안해 자연에 가장 많이 존재하는 다섯 가지의 당들을 조합해 31가지의 인공탄수화물 후보군들을 합성한 후 최종적으로 30나노미터 크기의 인공탄수화물 기반 나노입자(glyconanoparticle) 라이브러리를 구축했다.
연구팀은 구축된 인공탄수화물 나노입자 라이브러리 스크리닝을 통해 표적하고자 하는 암세포에 특이적으로 결합하는 나노입자 후보군을 선별했다. 이후 선별된 인공탄수화물 나노입자 후보군을 암 동물모델에서 표적능 및 치료효능을 평가함으로써 표적 항암치료용 나노의약 개발에 적용할 수 있다는 것을 처음으로 제시했다.
황창희 박사과정(생명과학과)·홍정우 박사과정(화학과)이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 재료공학 분야 최정상급 학술지인 <어드밴스드 머티리얼즈>(Advanced Materials·IF: 32.086) 6월 20일자 온라인판 게재 및 표지 논문으로 선정됐다.
당사슬(glycan)은 살아있는 모든 세포의 표면에 두드러지게 발현되며, 세포 신호, 분자 인식 및 면역과 같은 수많은 과정에 광범위하게 참여한다고 알려져 있다.
종양세포의 경우 비정상적인 당사슬 패턴이 암 종마다 다르게 세포 표면에서 검출되고 있으며, 이런 세포 표면에 존재하는 당사슬 층은 암세포의 전이(metastasis) 및 증식(proliferation) 등에 중요한 역할을 한다.
연구팀은 암세포 표면에 존재하는 이런 비정상적 당사슬과 선택적으로 결합할 수 있는 인공탄수화물 기반 나노입자 라이브러리 플랫폼을 개발했다. 자연에 흔히 존재하는 다섯 가지의 당류인 글루코스(glucose·Glc), 갈락토스(galactose·Gal), 만노스(mannose·Man), 글루코사민(N-acetyl glucosamine·GlcNAc), 갈락토사민(N-acetyl galactosamine·GalNAc) 등을 조합해 당사슬을 모방하는 31가지 새 인공탄수화물을 합성했으며, 이로부터 나노크기의 인공탄수화물 나노입자를 만들었다.
연구팀은 암세포 및 종양 동물모델에서의 스크리닝 결과들을 바탕으로 특정 당 조합으로 이뤄진 인공탄수화물 나노입자가 높은 암-표적능을 보인다는 것을 처음으로 검증했다.
이와 함께 암-표적능이 뛰어난 인공탄수화물 나노입자에 항암제를 선적해 타깃 종양을 광열치료(photothermal therapy)·화학요법(chemotherapy) 등을 통해 효과적으로 치료할 수 있음을 동물실험에서 밝혔다.
전상용 교수는 "이번에 개발한 인공탄수화물 기반 나노입자 플랫폼은 암을 표적하는 나노의약 개발에 적용했지만, 암이 아닌 다른 질병이나 특정 장기 표적형 나노의약 개발에도 확장할 수 있어 후속 연구를 수행 중"이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업(종양/염증 미세환경 표적 및 감응형 정밀 바이오-나노메디신 연구단) 및 선도연구센터사업(멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터)의 지원으로 수행했다.
