한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 안대로 박사팀은 나노입자 라이브러리 검색을 통한 고성능 암 표적 약물 전달체 발굴 방법을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구진은 1나노미터(nm, 10억분의 1m) 이하 수준으로 정밀하게 크기와 모양을 제어할 수 있는 DNA 염기서열 기반 나노 구조체를 약물 전달체로 활용했다. DNA 염기 서열을 분자설계 코드로 활용하면 다양한 형태, 크기의 나노구조체를 만들 수 있다. 연구진은 DNA 종류와 서열 순서를 조합해 모양과 화학적 성분이 다른 16개 종류의 DNA 나노입자로 구성된 라이브러리를 구축했다.

DNA 나노입자 라이브러리를 동물 모델에서 검색해 기존 암표적성 나노입자보다 전달률이 3배 이상 개선된 고성능 암 표적 전달체 3종을 발굴했다. 발굴한 전달체에 저분자 항암제와 단백질 항암 약물을 결합해 암 질환 실험용 쥐에 주입한 결과, 다른 장기에는 손상을 주지 않고 암 조직에만 선택적으로 약물이 도달해 높은 항암 효능을 보였다. 동물 실험을 통해 DNA 나노입자 전달체 라이브러리를 구축한 것은 이번이 처음이다.

효과적 암 치료를 위해서는 항암제가 암 조직에 정확하게 전달되고, 암 조직이 아닌 다른 장기로 전달되어 발생하는 부작용을 최소화하는 것이 중요하다. 이를 위해 다양한 종류의 나노입자 기반 암 표적 약물 전달체 연구가 진행되고 있지만, 현재까지 나노입자의 암 조직 도달량은 주입량 대비 평균 0.7% 정도에 불과하다.

나노입자가 몸 안에 주입되면 예측하기 힘든 다양한 생체 내 장애물로 인해 암 세포까지 도달하지 못해 기대만큼 항암효과를 보지 못했다. 다양한 나노입자를 한꺼번에 설계·제조해 나노입자 라이브러리를 구축한 뒤 암 세포에만 많이 도달하는 최적 나노입자를 동물 모델 실험을 통해 선별하는 방법이 필요하다. 그러나 기존 소재를 이용한 약물 전달체 나노입자는 모양을 정밀하게 제어하거나 다양한 화학 성분을 조합하는 것이 힘들다.

안대로 박사는 “DNA 나노입자 라이브러리 기반 약물 전달체 검색 기술을 활용하면 암 조직에 선택적 약물 전달체를 개발할 수 있다”면서 “뇌처럼 약물이 도달하기 힘든 조직을 포함해 다양한 표적 세포와 조직에 효율적으로 약물을 전달할 수 있는 전달체를 간편하게 발굴할 수 있다”고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 미래유망융합파이오니아사업 및 방사선기술개발사업으로 수행했다. 연구 결과는 'Biomaterials'(IF: 8.806, JCR 분야 상위 0.641%) 최신호에 온라인 게재됐다.