암세포 타깃용 새로운 광감각제 개발
김종승 교수팀 연구결과, 미국화학회지(JACS) 게재
저산소에서 암세포 사멸시킬 수 있는 새로운 광감각제 개발 발판 마련

▲ 왼쪽부터 김종승 교수 (교신저자), Le Yu (제1저자), Mingle Li (공동교신저자), Yunjie Xu (공동저자), 강희민 교수 (공동저자)

암세포 타깃을 위한 새로운 광감각제가 개발됐다.

광감각제(Photosensitizer)는 특정 고유 파장의 빛을 흡수하여 여기(excitation)될 때 주변 산소를 산소종(산소라디칼, superoxide, 및 peroxide)으로 바꾸어줄 수 있는 물질이다. 이렇게 만들어진 활성산소의 강력한 산화력으로 암세포나 세균을 공격해서 죽일 수 있다. 이러한 방법으로 암세포를 사멸시킬 수 있는데, 이를 광역학치료법(photodyanamic therapy)이라고 한다.

그러나 대부분 종양 환경은 저산소상태(pO2 < 5 mm Hg)이기 때문에 산소 기반 광역학 치료법(PDT)이 그리 쉽지 않다. 이를 극복하기 위해 고려대학교(총장 정진택) 이과대학 화학과 김종승 교수 연구팀은 산소 비의존성 광역학 치료제를 개발하기 위해 10여년 이상 연구했고, 드디어 그 결실을 보게 되었다.

김종승 교수((주) 테라노켐 대표)팀이 새롭게 개발한 산소 비의존성 광감각제(photosensitizer)는 활성산소종 중의 하나인 슈퍼옥사이드 라디칼(superoxide radical, O2-•)을 발생시키고, 저산소성 T47D(인간 유방암 세포주) 세포의 증식을 억제하고, 3D 다세포 스페로이드(MCS)의 성장을 현저하게 억제하는 것을 확인했다.

특히 암 사멸 기전중의 하나로 알려진 파이롭토시스(pyroptosis)는 최근에 종양학에서 연구의 화두가 되고 있다. 지금까지 파이롭토시스를 유도하여 암치료하는 방법은 doxorubicin과 topotecan과 같은 약물을 사용하는 화학요법이 있는데, 이런 약물은 약물내성이 발생하고, 정상조직에서는 심각한 부작용이 발생할 수 있다고 알려져있다. 이러한 부작용을 방지하기 위해 김종승 교수 연구팀은 화학요법이 아닌 산소 비의존성 광역학치료제를 개발했다. 이렇게 산소 비의존성 광역학치료제로 파이롭토시스를 유도하여 암세포를 사멸하는 기전은 전세계에서 처음이라고 할 수 있다.
* 파이롭토시스(Pyroptosis) : 세포 내 병원체에 감염될 때 가장 자주 발생하며 항균 반응의 일부를 형성할 수 있는 세포 사멸 기전중의 하나이다. 면역 세포에서 발생할 수 있으며 각질 세포 및 일부 상피 세포에서도 발생함

한국연구재단이 지원하는 리더연구자지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 2022년 6월 16일에 게재됐다.
- 논문명 : Photocatalytic Superoxide Radical Generator that Induces Pyroptosis in Cancer Cells
- 저널명 : Journal of the American Chemical Society
- DOI : https://doi.org/10.1021/jacs.2c03256
- 저자 : 김종승 교수 (교신저자/고려대학교), Mingle Li (공동교신저자/고려대학교) Jonathan Sessler (공동교신저자/텍사스대학교), Le Yu (제1저자/고려대학교) Yunjie Xu (공동저자/고려대학교), Zhongji Pu (공동저자/Zhjiang Univ), 강희민 교수 (공동저자/고려대학교)

[ 그 림 설 명 ]

파이롭토시스를 활성화시키는 광화학적 메커니즘

기존 연구들이 주로 Type-2 광역학치료 메커니즘에 의존하는 반면, 본 연구에서는 Type-1 메커니즘을 경유하기 때문에 산소에 덜 의존적이어서, 저산소증에서도 효과적으로 그리고 비침습적으로 암세포를 사멸시킬 수 있다. 또한 부작용이 적고 생체적합성 또한 우수함을 입증했다.

▲ 공초점 현미경으로 정상 및 pyroptotic T47D 세포의 형태학적 특징 및 타입1 산소 라디칼 생성을 경유하는 파이롭토시스 활성화 메커니즘을 밝힘

김종승 교수 연구팀은 pyroptosis 활성화의 기본 경로를 탐색하기 위해 T47D 세포에서 Western blot assay를 수행하였다. 광조사 시, NI-TA 처리군(2.5 및 5.0 μM)에서 cleaved-caspase-3 및 GSDME의 N-말단 단편(GSDME-N)의 발현이 증가하였지만, NI-DF 처리(5.0 μM) 및 대조군에서는 그런 현상이 없었다. 이러한 발견은 광 생성된 산소 라디칼이 caspase-3/GSDME 경로를 통해 pyroptosis의 활성화를 매개한다는 개념을 뒷받침한다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)