방사선 치료효과 높이는 물질 찾았다
방사선 치료효과 높이는 물질 찾았다
  • 박상준 기자
  • 승인 2018.01.08 15:02
  • 댓글 0
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연세의대 남기택ㆍ유성숙, 이화여대 윤주영 교수팀 합작
▲ 남기택 교수

국내 연구진이 암 치료 효과를 높일 수 있는 '항암 나노 약물전달체'를 개발하는데 성공했다.

연세대 의과대학 '남기택ㆍ유성숙' 교수(의생명과학부)팀과  이화여대 자연과학대학 '윤주영' 교수(화학나노전공)팀은 첨단 나노(Nano)기술을 이용해 합성한 항암물질을 유방암세포에 근접시킨 후 레이저를 조사해 활성화시킨 결과, 높은 암세포 사멸효과가 나타났다고 8일 밝혔다.

현재 암환자 중 수술이 어렵거나 수술 후 남아있는 암세포를 제거하기 위해 방사선치료를 시행한다. 방사선에서 나온 에너지가 암 세포주변에서 '활성산소'를 발생시켜 암세포의 DNA를 파괴해 없앤다.

그러나 '저산소(hypoxia)상태'의 암세포는 효과가 떨어진다. 암세포는 필요한 영양과 산소를 얻기 위해 스스로 혈관(신생혈관)을 만들고 이를 주변 정상혈관에 연결시켜 얻는다. 이들은 빠르게 성장하는 전체 암세포에 필요한 산소와 영양분을 공급할 목적으로 만들어졌기 때문에 정상혈관에 비해 상대적으로 조직이 엉성하고 구조 또한 상당히 불규칙하게 뻗어나가는 특징이 있다.

이런 특징으로 암세포 전체에게 충분한 산소와 영양을 공급하지 못해 상대적으로 혈관으로부터 먼 쪽에 있는 암세포들은 영양분과 산소가 부족한 '저산소'를 유지하고 있다. 문제는 이들 저산소 상태의 암세포들이 정상 세포보다 100배에 가까운 방사선 조사에도 견디는 저항력은 물론, 세포 내로 항암약물 침투도 어려운 "강한 맷집"을 갖고 있다는 것이다.

연구팀은 저산소 상태의 암세포를 사멸시키는 치료법으로  '광(光)역학 치료법'(PDT)에 주목했다.  광역학 치료는 암 환자에게 치료제를 주사한 후에 인체에 해가 없는 적외선 영역대의 레이저 빛을 암 발생부위에 조사하여 치료제 내 '광민감제'의 화학반응을 유도해 활성산소를 만든다.

그러나 암세포만을 골라 치료반응을 일으키는 선택성이 낮아 주변 정상조직에도 손상을 유발하는 한계로 현재 소화기계 암이나 후두암, 폐암 등 일부 암에서 수술이나 방사선치료가 어려운 환자들을 위한 보조 치료법으로 쓰이고 있다. 따라서 치료제가 암세포에만 달라붙는 선택성을 높이는 한편, 주변 정상조직은 영향을 최소화하는 기술개발이 필요했다.

연구팀은 첨단 "초분자 나노구조" 기술을 통해 '아연 프탈로시아닌(Zinc(II)phthalocyanine)유도체 Pcs'를 광민감제로 그리고, 항암물질인 '미톡산드론 (Mitoxantron, MA)'의 합성물질인 "Pcs-MA"을 만들었다.

그리고 새 합성물질의 항암효과를 검증하기 위해 연구팀은 마우스를 이용한 다양한 비교대조군 실험을 시행했다.

삼중양성유방암 세포주를 마우스에 이식시켜 암세포를 발현시킨 후, '광민감제 Pcs', '항암물질 MA' 그리고 '광민감제Pcs+항암물질MA 합성물질' 세 가지를 각각 투여하고 암부위에 레이저를 1회만 조사했다.

▲ 유방암을 발병시킨 마우스 내의 암세포의 ‘저산소상태’(hypoxia)가 각 조건에서 어떻게 변화하는지 보여주는 비교 사진

20일 이후 마우스의 암세포 크기를 측정한 결과, 광민감제Pcs와 항암물질MA 단독 투여한 경우 암세포가 약 400%가 증가했다. 반면, 광민감제Pcs+항암물질MA 합성물질 투여군은 무려 80% 이상의 암세포가 축소됐다.

남 교수는 "Pcs-MA가 주변 정상세포보다 유독 유방암 세포에만 선택적으로 강하게 반응하는 것을 확인했다"며 광민감제Pcs가 레이저에 의해 활성화되면서 발생하는 활성산소와 항암물질MA에 의한 "이중 항암 효과"가 기대이상의 암세포 사멸효과를 거둔 것으로 분석했다.

또한 암세포의 저산소 상태를 보여주는 'HIF1-alpha'가 줄어들면서 세포 내 산소수치가 상승하여 광민감제Pcs의 활성이 더 활발해지므로써 세포 사멸효과가 커지는 것을 부수적으로 확인했다고 덧붙였다.

연구팀은 추후 Pcs-MA가 어떠한 원리로 암세포의 저산소 상태가 개선시키는지 찾을 수 있다면 많은 난치성 암 치료에 새로운 돌파구를 열 수 있을 것으로 기대했다. 앞으로 간암, 위암 등 다양한 고형암세포에 대해 암세포 사멸효과성 및 안정성을 확인할 계획을 갖고 있다.

한편, 이번 연구는 국가마우스표현형사업단 및 과학기술정보통신부(舊미래창조과학부) 리더연구자지원사업의 후원으로 이뤄졌다. 또한 연구는 국제 학술지인 '미국화학회 나노'(ACS Nano, IF 13.9)지 최근호에 발표됐다.
 



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