▲ 공과대학 화공생명공학과 이지원 교수

단백질로 된 나노입자의 표면 위에 정상세포가 아닌 암세포에만 결합하는 펩타이드*와 금이 결합되어 함께 존재하는 나노신소재가 개발됐다. 암치료 목적으로 이용되는 광열치료**의 효율성과 안전성을 보다 높일 수 있는 실마리가 될 것으로 기대된다.
* 펩타이드 : 아미노산 50개 이하로 구성된 화합물. 아미노산은 단백질의 구성요소이다. 
* 광열치료 : 금 나노입자가 근적외선 레이저를 흡수하여 발생하는 열을 이용하여 암 세포를 괴사시키는 암 치료법

공과대학 화공생명공학과 이지원 교수와 한국과학기술연구원 김광명 박사가 주도한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(도약)과 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행됐고, 첨단재료 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials) 7월 8일자에 게재됐다. (논문명 : Proteinticle/Gold Core/Shell Nanoparticles for Targeted Cancer Therapy without Nanotoxicity)

암 부위에 금 나노입자를 전달한 후 레이저를 쬐는 광열치료법의 효과를 높이기 위해 체내 투과율이 높은 근적외선 레이저를 잘 흡수하고 광열효과가 뛰어난 직경 20nm 이상의 금 나노입자를 활용한 연구가 활발하다. 하지만 이 정도 크기의 금 나노입자는 체외 배출이 원활하지 않아 잠재적인 위험성이 있다고 보고되고 있으며, 암 부위로의 정확한 전달이 어려워 의료현장에서 적극적으로 활용되지 못하고 있다. 연구팀은 단백질 나노입자 표면에 암세포에 달라붙는 펩타이드와 직경 3nm 이하 초미세 금 나노닷이 동시에 결합되어 존재하는 단백질-금 복합 나노신소재를 개발했다. 만들어진 나노신소재는 정상세포가 아닌 암세포에만 결합하고 자발적인 단백질 변성을 통해 해체되어 몸 밖으로 쉽게 배출될 수 있어 보다 효율적이고 안전한 광열치료에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

이 나노신소재를 생쥐의 정맥에 주사한 결과 통상의 금 나노입자에 비해 암 발병부위로의 전달이 훨씬 효과적으로 이뤄졌다. 실제 인간 유방암 세포로 종양을 유도한 생쥐에 개발된 나노신소재를 이용, 근적외선 광열치료한 결과 암세포가 괴사되는 것을 확인하였다. 또한 3주간 생쥐의 장기와 조직을 살펴본 결과 금 나노닷이 잔존하지 않음을 확인했다. 

이는 정상세포가 아닌 암세포에만 결합할 수 있도록 인도하는 표적 펩타이드와 체외로 배출되기 쉬운 초미세 금 나노닷을 단백질 나노입자 표면에 동시에 도입한 데 따른 것이다. 이 교수는 “개발된 단백질-금 복합 나노신소재로 암 발병 부위로 선택적 전달 효능을 향상시켜 광열치료 효과를 극대화하는 한편 기존 금 나노입자의 체내축적으로 인한 장기/조직 문제를 해결할 수 있는 실마리가 될 것” 이라고 밝혔다.

[ 용 어 설 명 ]

1. 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials)지 
○ 독일 Wiley-VCH 출판사가 매주 발행하는 첨단 재료과학 분야 국제학술지

2. 펩타이드(peptide)
○ 아미노산 간의 펩타이드 결합으로 연결된 고분자 화합물을 단백질로 총칭하는데, 상대적으로 적은 수(일반적으로 50개 이하)의 아미노산을 포함하는 화합물을 구분하여 펩타이드라 부른다.

3. 나노입자(Nanoparticles)
○ 나노크기(100nm 이하)의 입자형태 물질로 금속 나노입자 등을 포함한 무기 나노입자, 고분자 나노입자 등을 포함하는 유기 나노입자, 단백질 나노입자를 포함하는 바이오 나노입자로 분류됨

4. 금 나노닷(Gold Nanodot)
○ 단백질 나노입자 표면에 표출된 직경 3nm 이하의 초미세 금 나노입자

5. 항체(antibody) 
○ 바이러스, 세균 등 항원을 비활성화시키고 이들에 대항하여 세포의 외부 자극을 유도하기 위해 만들어지는 물질. 특정 항원에 의해 만들어진 항체는 특정 항원에 대해서만 특이적으로 항원항체반응을 일으킨다.

6. 유방암 세포에 대한 선택적 결합 펩타이드(EGFR-affibody)
○ 인간 유방암 세포는 빠른 분열과 전이를 위해 세포 표면에 정상세포에 비해 월등히 많은 EGFR(상피성장인자 수용체, epidermal growth factor receptor)이 만들어 진다. 
○ 이 EGFR에 선택적으로 결합할 수 있는 펩타이드인 affibody에 의해 유방암 세포로의 선택적 전달이 가능해진다. Affibody는 기존 항체보다 작지만 더 강한 항원과의 결합력을 갖는 펩타이드이다.

[ 그 림 설 명 ]

생쥐의 암 발병부위에 근적외선 레이저를 50분간 쬐는 광열치료를 수행하고 5일 뒤 암세포의 상태를 확인한 결과 단백질-금 복합 나노 신소재를 주입한 실험용 쥐(C)에서만 암세포 괴사가 일어난 것을 확인할 수 있다.