집속 초음파, 신경교종 약물 전달과 치료에 유망성 확인

UVA Health의 새로운 연구에 따르면 신경교종이라고 불리는 뇌종양은 정상 뇌 조직보다 집속 초음파를 이용한 표적 약물 전달에 더 잘 반응할 수 있으며, 이는 종양 혈관계가 이 접근법을 비효율적으로 만들 것이라는 우려를 완화하는 데 도움이 된다. 이 기술은 음파로 활성화되는 미세기포를 사용하여 뇌의 자연 방어막인 혈액-뇌 장벽을 열어 약물이 정확히 필요한 부위로 들어갈 수 있게 한다.

연구에서 연구진은 종양 미세환경 내 혈액-뇌 장벽 개방과 분자 수송을 추적하기 위해 고해상도 MRI 프로토콜을 개발했다. 혼란스러운 종양 혈관계로 인한 저항을 보여주는 대신, 신경교종 조직은 건강한 뇌 조직과 비교하여 집속 초음파 매개 혈액-뇌 장벽 개방에 대해 동등하거나 우수한 수용성을 보여주었다. 전달 효율은 분자 페이로드 크기에 따라 직접적으로 달라졌다: 중간 크기의 약물 분자는 매우 작거나 과대한 약물 화합물보다 훨씬 더 효율적으로 축적되어 "골디락스" 치료 크기 범위를 식별했다. 집속 초음파는 비침습적이며, 저주파 음파를 사용하여 외과적 절개나 개두술 없이 혈액-뇌 장벽을 일시적이고 가역적으로 연다.

신경교종은 성인에서 가장 흔한 원발성 뇌종양으로, 가장 치명적인 형태의 뇌암인 교모세포종을 포함한다. 미국에서만 매년 1만 명 이상이 교모세포종으로 사망하며, 이 종양은 거의 항상 5~10년 이내에 치명적이다. 버지니아 대학교 종합 암 센터의 관련 초기 연구에서 과학자들은 교모세포종의 형성과 성장을 담당하는 여러 기능 장애 유전자를 동시에 억제할 수 있는 마이크로RNA를 이용한 실험적 접근법을 개발했다. 이 전략은 뇌 침투 나노입자, 집속 초음파 및 미세기포를 결합하여 마이크로RNA를 혈액-뇌 장벽을 통해 전달한다. 동물 모델에서 마이크로RNA는 종양 성장을 늦추고 생존 기간을 연장했다. 연구 결과는 Journal of Clinical Investigation(JCI)에 게재되었다.

임페리얼 칼리지 런던의 연구진은 저등급 신경교종의 다양한 아형에서 저강도 집속 초음파와 병용한 여러 약물을 전임상 모델에서 조사하고 있다. 2등급으로 분류되는 저등급 신경교종은 처음에는 천천히 자라는 암성 뇌종양이지만, 시간이 지나면서 항상 고등급, 급속 성장 종양으로 진행된다. 집속 초음파는 혈액-뇌 장벽을 일시적으로 열어 약물이 종양에 더 잘 접근할 수 있게 한다.

별도로, University of Trento, Bambino Gesù Children's Hospital 및 Sapienza University of Rome이 개발한 3차원 실험 시스템은 어린이에게 자주 발생하는 중추신경계 종양인 저등급 신경교종의 약물 반응 연구를 가능하게 한다. 연구진은 다능성 줄기 세포에서 오가노이드를 생성하고 이를 사용하여 종양을 개발했다. 오가노이드는 단일층 배양의 세포보다 약간 더 충실하게 저등급 신경교종의 분자적 특성을 재현하며 환자의 종양과 더 유사하다. 결과는 Molecular Cancer 저널에 게재되었다.

뇌종양은 각각 고유한 분자적 및 임상적 특성을 가진 100가지 이상의 별개의 종양 유형을 포함한다. 교모세포종의 표준 치료법은 수십 년 동안 크게 변하지 않았다: 외과적 절제 후 방사선 및 temozolomide 화학요법이 계속해서 주요 치료 옵션이다. 혈액-뇌 장벽은 여전히 주요 장애물로 남아 있어 많은 저분자 및 생물학적 제제의 중추신경계 침투를 제한한다.