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인공 소포체 이용해 효율 높인 항암 약물 치료 나노기술 개발
리포좀과 엑소좀 이용해 약물 운반… 종양 내 모든 종양 세포에 약물을 전달할 수 있어 기존 치료법보다 항암 치료 효과가 높아
[405호] 2015년 05월 06일 (수) 심혜린 기자 shrin11@kaist.ac.kr

우리 학교 바이오및뇌공학과 박지호 교수팀이 종양 전체에 약물을골고루 전달해 항암 효과를 높이는 항암 치료 나노기술을 개발했다. 이번 연구는 지난 3월 31일 <나노 레터스(Nano Letters)>에 게재됐다.

종양의 일부만 영향 받는 기존 치료법
수술을 받기 힘든 암 환자는 약물 치료를 받는다. 일반적인 항암 약물 치료는 정맥주사를 통해 약물을 혈관으로 주입한다. 하지만 이 방법은 약물이 종양 깊숙이 들어가기 어려워 효율이 낮다. 우선 종양 조직 자체의 압력이 높아 약물이 종양의 내부까지 전달되기 어렵다. 또한, 종양을 구성하는 종양 세포 사이사이를 밀도가 높은 콜라젠이 메우고 있어 약물이 통과하기 쉽지 않다. 따라서 기존 치료법에서 약물은 대부분 혈관 주변 암세포로만 전달된다. 이 경우 종양의 크기가 줄어들며 일시적으로 항암 효과가 나타나지만, 실질적으로 중심부에 있는 암세포는 죽지 않기 때문에 완전한 치료가 어렵고 재발률도 높다.

항암 약물이 리포좀에 담겨 운반돼
박 교수팀은 인공나노소포체인 리포좀(Liposome)*과 종양 세포 내 엑소좀(Exosome)을 이용해 이러한 문제를 해결했다. 속이 빈 구 모양의 리포좀에는 운반하고자 하는 물질을 넣을 수 있다. 박 교수팀은 내부에 항암 약물을 넣은 리포좀을 종양 세포로 운반했다. 암세포는 비정상적으로 빠르게 자라기 때문에 혈관을 완벽하게 만들지 못해 구멍이 많은 혈관구조를 가진다. 일반적으로 이 구멍 크기가 나노입자인 리포좀보다 크기 때문에 혈류를 따라 흐르던 리포좀이 무작위로구멍을 통과해 혈관 주위 종양 세포에 축적된다.

엑소좀을 타고 전달되는 항암 약물
엑소좀은 종양 세포가 만들어내는 세포배출물로, 종양 세포 간 신호전달 및 영양분 교환 등 세포 간 연락에서 중요한 역할을 한다. 종양 세포에 항암 약물이 축적되면 그 종양 세포에서 만들어지는 엑소좀도 내부에 항암 약물을 가진다. 따라서 항암 약물이 쌓인 혈관 주변 종양 세포가 엑소좀을 주변 종양 세포에 전달하면 약물이 주변 종양 세포로 퍼진다. 이와 같은 현상이 반복되면 종양 전체에 항암 약물이 전달된다.

종양 전체로 약물 전달이 가능해
박 교수팀은 종양이 이식된 쥐를 이용해 새로운 치료법의 효과를 확인했다. 박 교수팀은 항암 효과를 내는 광과민제(Photosensitizer)**를 포함한 리포좀을 종양이 이식된 쥐의 혈관에 투입했다. 실험에 사용된 광과민제는 빛을 쬐면 독성을 나타내 항암 효과를 일으킨다. 빛을 쬐기 전에는 광과민제가 독성을 가지지 않기 때문에 종양 세포 및 엑소좀 형성에 손상을 주지 않고 광과민제가 퍼진다. 약물 투입 48시간 후 빛을 쬐어주자 광과민제가 활성화되어 종양 조직 전역에서 항암 효과가 나타났다. 현재 박 교수팀은 주입 직후 항암 효과가 나타나는 일반적인 항암 약물에 대한 실험을 진행 중이다.

   
▲ 종양 전체로 전달된 항암 약물 / 박지호 교수 제공

이번 연구는 항암 약물이 종양의 모든 부위에 전달되게 해 약물이 제한적인 종양 세포에서만 작용하는 기존의 방법보다 효율이 높은 치료법을 만들었다는 점에서 큰 의의를 가진다. 박 교수는 “이 방법으로 종양 중심부 암세포까지 제거해 암을 완전히 치료할 수 있기를 희망한다”라며 “안타까운 암 치료 현실에 도움이 되길 바란다”라고 이번 연구의 목적을 밝혔다.


리포좀*
소포체와 비슷한 인공 물질. 인지질 이중층과 유사한 막이 풍선 같은 모양을 하고 있다

광과민제**
빛의 유무에 따라 활성이 달라지는 물질로, 빛이 없을 때는 비활성화 상태이지만 빛을 받으면 활성화된다 

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