단 한번의 주사와 반복적 광치료로 부작용 없이 암 완전 제거한다

김세훈-안동준 교수팀, 암 표적성 초분자 펩타이드 광치료제 개발
연구결과, 나노기술 분야 저명 학술지 ACS Nano 게재돼

▲ 왼쪽부터 KU-KIST 융합대학원 김세훈, 안동준 교수 

KU-KIST 융합대학원 김세훈-안동준 교수팀은 한 번의 주사와 반복적인 광치료로 부작용 없이 암을 완전히 제거하여 항암치료의 고통을 덜면서 치료 후 부작용까지 최소화할 수 있는 암 표적성 초분자 펩타이드 광치료제를 개발했다. 이번 연구 결과는 11월 11일 나노기술 분야 저명 학술지 ACS Nano(IF: 14.588)에 게재됐다.
- 저자정보: 김세훈/안동준 (교신저자, 고려대), 이윤식 (교신저자, 서울대)
- 논문명: Injectable Single-Component Peptide Depot: Autonomously Rechargeable Tumor Photosensitization for Repeated Photodynamic Therapy

빛을 이용하여 암을 치료하는 광치료 기술은 레이저에 반응하여 암세포를 파괴하는 광민감제를 혈관주사를 통해 암 조직에 축적시킨 후 빛을 쏘아 선택적으로 암세포만 파괴할 수 있는 기술이다. 암세포 주변 조직에 피해가 불가피한 방사선 치료나 일반 화학 요법보다 부작용이 훨씬 적어 반복 치료가 가능하다.

그러나 반복적인 광치료를 위해서는 시술할 때마다 광민감제를 주사해야 하고, 치료 후 남아있는 광민감제가 피부나 눈에 축적되어 빛에 의한 부작용을 일으키기 때문에 치료 후 환자에게 일정 기간 햇빛, 실내조명 등으로부터 격리를 권장하고 있다. 이로 인해 치료를 받는 환자는 매번 주삿바늘의 아픔과 격리 생활이라는 또 다른 불편함을 겪어야만 했다. 최근에는 암 조직 내에서만 광치료 효능이 활성화되는 광민감제가 개발되고 있으나 여전히 독성이 있고, 시술할 때마다 주사해야 하는 문제점이 남아 있다.

고려대 KU-KIST 융합대학원 김세훈-안동준 교수팀은 광의학 치료기술의 문제점들을 해결하기 위해 암 조직만 선택적으로 표적하며 특정한 질서를 갖고 뭉쳐 스스로 조립되는 펩타이드를 활용했다. 연구팀은 암 조직을 선택적으로 투과 및 표적화할 수 있는 특성이 있는 고리형 펩타이드(iRGD, internalizing RGD peptide)를 골격으로 하고 광민감제와 빛에 대한 활성을 조절하는 소광제를 적절히 설계하여 암 조직 내에서만 광치료 효능이 활성화되는 펩타이드 기반의 광민감제를 개발했다. 개발된 광민감제는 생체에 주사하면 체온에 의해 자기조립 배열이 활성화되어 암 주변에 초분자 구조체 형태로 저장된 후 암세포를 표적으로 장기간 천천히 방출되어 암세포 내에 자리 잡는다. 이후 광치료를 시술하면 정상 세포는 파괴하지 않고 암세포만 파괴할 수 있게 된다.

연구진이 개발한 광치료제를 종양이 이식된 생쥐 모델에 적용한 결과, 암 조직 주변에 단 한 번 주사로 종양 주변에 저장된 광민감제가 장기간(2~4주) 지속해서 방출되어 종양을 선택적으로 표적하는 결과를 보여주었다. 뿐만 아니라 반복적인 광 노출에도 암 주변 조직 및 주요 장기가 파괴되는 독성이 발견되지 않았으며 반복적인 시술을 통해 암 조직이 완벽히 제거됨을 확인했다.

이번 연구에서 개발된 광치료제는 생체 내에 주사하면 추가적인 보조제 없이도 초분자 자기조립을 통해 저장고를 형성하는 암 표적성 초분자 펩타이드 소재이며, 암 주변에 단 한 번 주사하는 것만으로도 독성 없이 장기간 반복적인 광치료를 통해 암을 완벽하게 제거할 수 있으며 단일 성분으로 제형이 단순하여서 향후 광의학 치료에 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 이번 연구는 KIST 주요사업과 한국연구재단사업 등의 지원으로 수행됐다.

[그림 1] 암 표적성 초분자 펩타이드 광치료제를 동물실험에 적용한 모식도. 단 한 번의 초분자 펩타이드 광치료제 주사와 반복적인 광치료를 통하여 암을 완벽 치료한다.

[그림 2] 암표적성 고리형 펩타이드의 자기조립 거동에 대한 분자동역학 시뮬레이션 결과. 암표적성 iRGD 시퀀스를 갖는 고리형 펩타이드의 경우 자발적으로 이방성 초분자 구조체를 형성함을 확인할 수 있다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)