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의생명공학과

바이오산업동향

빛으로 하는 항암치료, 주사는 한 번만 맞으세요.
등록일
2020-12-14
작성자
의생명공학과
조회수
30

- 한 번의 주사와 반복적인 광치료로 부작용 없이 항암치료
- 암 표적성 단일 성분 초분자 펩타이드 광치료제 개발
 



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국내 연구진이 항암치료의 고통을 덜면서 효율성을 획기적으로 높이고, 치료 후 부작용까지 최소화할 광(光)치료 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST)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.

본 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.

 * (논문명) Injectable Single-Component Peptide Depot: Autonomously Rechargeable Tumor Photosensitization for Repeated Photodynamic Therapy
   - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조홍준 박사(現, 일리노이 주립대 박사후연구원)
   - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성준 박사(現, 한미약품 연구원)
   - (교신저자) 한국과학기술연구원 김세훈 책임연구원
   - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 이윤식 교수
   - (교신저자) 고려대학교 화공생명공학과 안동준 교수

연구결과 개요

1. 연구배경
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. 하지만 치료 후 소량의 활성화된 광민감제가 비특이적으로 피부나 눈에 축적되기 때문에 환자는 치료 후 부작용을 최소화하기 위해 일정 기간 햇빛으로부터 격리되도록 권장받고 있다. 이러한 부작용을 최소화할 수 있는 광민감제 개발이 요구됨에 따라, 최근 광민감제가 암 조직 내에서만 광화학 특성이 활성화되는 광민감제가 개발되고 있다. 하지만 여전히 비특이적 광독성 문제가 남아있고, 장점으로 알려진 반복 치료는 광민감제의 일회성 성질 때문에 시술할 때마다 광민감제를 매번 투여하는 번거로움 뿐 아니라 환자에게는 주삿바늘의 아픔과 반복되는 격리 생활이라는 또 다른 부작용을 낳기도 한다.

2. 연구내용
본 연구에서는 암 조직을 선택적으로 투과 및 표적화할 수 있는 특성이 있는 고리형 펩타이드 (internalizing RGD peptide, iRGD)를 골격으로 광민감제와 소광제를 적절히 설계하여 암 조직 내에서만 광화학 특성이 활성화되는 펩타이드 기반의 Activatable 광민감제를 제조하였다. 뿐만 아니라 고리형 펩타이드의 자기조립 특성을 이용하여 추가적인 보조제 필요 없이 단일 성분의 초분자 펩타이드 광치료제만으로 생체 내 주사 시 서방형 광치료제 제형 (저장고) 을 간단하게 형성할 수 있었다. 서방형 제형안에 있는 펩타이드 기반의 Activatable 광민감제는 반복적인 광노출에 안정적으로 저장되고 장기간 일정하게 방출됨으로써 한 번의 주사로 반복적인 광의학 치료를 가능하게 하였다. 암 조직에 반복적인 광노출을 통해 암 조직이 완벽히 제거됨을 확인하였을 뿐 아니라 암 주변 조직 및 주요 장기에서 비특이적 독성이 발견되지 않았다.

3. 기대효과
본 연구에서는 한 번의 주사와 반복적인 광치료로 부작용 없이 암을 완전히 제거할 수 있는 암 표적성 초분자 펩타이드 광치료제를 개발하였다. 이는 암 환자의 치료 고통을 덜고, 치료 후 부작용을 최소화할 뿐 아니라 암 치료 효율성을 획기적으로 증대시켰기 때문에 향후 광의학 치료기술 연구에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.


연구결과 문답

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

◯  광의학치료는 다른 암 치료를 위한 방사선 치료나 화학적 요법보다 부작용이 훨씬 적기 때문에 반복 치료가 가능하다. 하지만 비특이적으로 피부나 눈에 축적되기 때문에 환자는 치료 후 부작용을 최소화하기 위해 일정 기간 햇빛으로부터 격리되도록 권장받고 있다.
◯  이에 따라 최근 광민감제가 암 조직 내에서만 광화학 특성이 활성화되는 Activatable 광민감제가 개발되고 있다. 하지만 여전히 비특이적 광독성 문제가 남아있고, 장점으로 알려진 반복 치료는 광민감제의 일회성 성질 때문에 시술할 때마다 광민감제를 매번 투여하는 번거로움 뿐 아니라 환자에게는 주삿바늘의 아픔과 반복되는 격리 생활이라는 또 다른 부작용을 낳기도 한다.
◯  반복 치료를 위한 서방형 제제 개발이 이루어지고 있지만, 복잡한 고분자나 생체에 적합하지 않은 재료로 인한 다른 부작용도 발생하고 있다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

◯ 기존의 광민감제가 암 조직 내에서만 광화학 특성이 활성화되는 Activatable 광민감제와는 달리 개발된 단일 성분의 초분자 펩타이드 광치료제 자체적으로 생체 내에서 서방형 제제 (저장고)를 간단하게 형성시킬 수 있다.
◯ 저장고 안에 있는 Activatable 광민감제는 반복적인 광노출에 안정적으로 저장되고, 장기간 일정하게 방출됨으로써 한 번의 주사로 반복적인 광의학치료를 가능하게 하였다.
◯ 암 조직에 반복적인 광노출을 통해 암 조직이 완벽히 제거됨을 확인하였을 뿐 아니라 암 주변 조직 및 주요 장기에서 비특이적 독성이 발견되지 않았다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

◯ 기존에 사용되고 있는 광민감제를 대체할 수 있다. 또한 서방형 제제 형성을 위한 추가적인 재료를 사용할 필요 없으므로 효율적인 광의학치료를 시행할 수 있다.

□ 기대효과와 실용화를 위한 과제는?

◯ 암 치료의 효율성을 크게 향상 시킬 것이고, 또한 암 환자의 치료 고통을 덜고, 치료 후 부작용과 격리의 불편함을 최소화할 수 있다.
◯ 서방형 제제 형성을 위한 추가적인 물질을 사용하지 않기 때문에 약물 제조의 효율성 및 경제성을 높일 수 있다
◯ 과제: 동물실험에서 독성은 확인되지 않았으나 인체 대상 임상 시험을 위한 적절한 투여량을 찾고 독성 실험을 위한 최적화가 필요하다.

 

KIST 연구진이 개발한 암 표적성 초분자 펩타이드 광치료제를 동물실험에 적용한 상황을 그린 모식도

[그림1]
KIST 연구진이 개발한 암 표적성 초분자 펩타이드 광치료제를 동물실험에 적용한 상황을 그린 모식도. 단 한 번의 초분자 펩타이드 광치료제 주사와 반복적인 광치료를 통하여 암을 완벽치료하였다.

출처: [BRIC Bio통신원] 빛으로 하는 항암치료, 주사는 한 번만 맞으세요 ( 
 

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