한 번의 주사와 반복적인 광치료로 부작용 없이 항암치료

암 표적성 단일 성분 초분자 펩타이드 광치료제 개발

KIST 김세훈 센터장

국내 연구진이 항암치료의 고통을 덜면서 효율성을 획기적으로 높이고, 치료 후 부작용까지 최소화할 광(光)치료 기술을 개발했다. 광의학 치료기술은 광민감제를 암 조직에 선택적으로 축적시켜 빛을 암 조직에만 노출시킴으로써 선택적 암 치료를 가능하게 하고 방사선 치료나 화학적 요법보다 훨씬 부작용이 적기 때문에 반복 치료가 가능하다. 암 조직에 도입된 광민감제는 특정 파장대의 빛을 받아 암 조직 내에서 독성을 가진 활성 산소를 발생시켜 암을 제거한다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 테라그노시스연구센터(KU-KIST 융합대학원) 김세훈 센터장 연구팀이 서울대학교 이윤식 교수, 고려대학교 안동준 교수와의 공동연구를 통해 단 한 번의 주사와 반복적인 광치료로 부작용 없이 암을 완전히 제거할 수 있는 암 표적성 광치료제를 개발했다고 밝혔다.

빛을 이용한 암 치료 기술인 광치료 기술은 레이저에 반응하여 암세포를 파괴하는 광민감제를 주사를 통해 주입하여 암 조직에만 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.

하지만 광민감제는 1회 사용만 가능해 반복 치료를 위해서는 시술할 때마다 광민감제를 투여해야 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 문제점은 남아있었다.

KIST 김세훈 박사팀은 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 활성화되어 연구팀이 설계한 초분자 배열로 뭉쳐 암세포 주변에 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 확인하였다.

KIST 김세훈 센터장은 “생체 내에 주사하면 추가적인 보조제 없이도 초분자 자기조립을 통해 저장고를 형성하는 암 표적성 펩타이드 광치료제를 개발했다.”라며 “개발된 광치료제는 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.”라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 등으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 나노기술 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ (IF: 14.588, JCR 분야 상위 5.25%) 최신 호에 게재되었다.

논문명은 Injectable Single-Component Peptide Depot: Autonomously Rechargeable Tumor Photosensitization for Repeated Photodynamic Therapy이며 제 1저자는 한국과학기술연구원 조홍준 박사(現, 일리노이 주립대 박사후연구원), 한국과학기술연구원 박성준 박사(現, 한미약품 연구원)이고 교신저자는 한국과학기술연구원 김세훈 책임연구원, 서울대학교 화학생물공학부 이윤식 교수, 고려대학교 화공생명공학과 안동준 교수 등이다.

KIST 홍보실 제공