나노입자 전략, 암 약물 전달 개선을 겨냥하다
최근 연구들은 미생물군집 조절이 화학요법 약물 축적을 높이고, 펩타이드 기반 mRNA 백신이 신경모세포종 종양을 70% 줄이며, 설계된 LNP가 부작용을 줄이면서 림프절 전달을 강화한다는 것을 보여준다.
Nature Materials, Journal of the American Chemical Society, Journal of Controlled Release에 게재된 최근 연구들은 미생물군집 조절, mRNA 백신, 엔지니어링 지질 나노입자 등 암 약물 전달을 개선하기 위한 새로운 나노입자 기반 전략들을 설명한다. 이러한 접근법은 종양 내 약물 축적을 늘리고 부작용을 줄이며 약물 내성을 극복하는 것을 목표로 한다.
텍사스대학교 MD 앤더슨 암센터(The University of Texas MD Anderson Cancer Center) 연구진이 주도한 한 연구에서, 항생제 메트로니다졸을 단기간 투여해 장내 미생물군집을 재구성하면 나노입자 기반 화학요법이 체내에 순환하는 시간이 약 두 배로 늘어나고 종양 내 약물 축적이 증가하며 전임상 모델에서 여러 암 유형에 걸쳐 생존율이 개선되는 것으로 나타났다. 장내 세균은 담즙산을 통해 간의 쿠퍼 세포(Kupffer cells)에 화학 신호를 보낸다. 메트로니다졸이 특정 장내 세균을 감소시키면 담즙산 수치가 떨어져 쿠퍼 세포가 '조용한' 상태로 전환되면서 나노의약품 입자를 더 적게 제거하게 된다. 대변 미생물군집 이식(fecal microbiota transplantation)을 통해 이 효과가 잔류 항생제가 아니라 미생물군집 자체에 의해 유발되었음이 확인되었다. 메트로니다졸은 이미 FDA 승인을 받았다.
RCSI 의과대학 보건과학대학(RCSI University of Medicine and Health Sciences)의 한 연구는 소아암 중 가장 치명적인 신경모세포종(neuroblastoma)을 표적으로 하는 mRNA 백신에 대한 첫 전임상 개념 증명을 제공했다. 이 백신은 자기 조립 펩타이드 나노입자를 사용하여 신경모세포종 세포에 많이 발현되는 단백질인 Glypican 2(GPC2)를 인식하도록 면역 체계를 훈련시키는 mRNA를 전달한다. 전임상 모델에서 이 백신은 종양 크기를 70% 줄이고 종양 발생을 10~11일 지연시켰다. 신경모세포종은 전체 소아암 사망의 15%를 차지하며, 고위험 환자의 80%는 표준 치료에 거의 반응하지 않는다.
애들레이드 대학교(Adelaide University) 연구진은 폐암 약물 RB-012를 캡슐화하는 지질과 폴리머로 만든 하이브리드 나노입자 '전달체(delivery vehicle)'를 개발했다. 이 나노입자는 건강한 장기 노출을 줄이면서 약물의 생체이용률을 30배 이상 높였다. 전임상 시험에서 나노입자로 전달된 약물은 약물 단독보다 더 강한 종양 살상 효과를 보였다. 이 연구는 Cancer Council SA와 Tour de Cure의 지원을 받았다.
도호쿠 대학교(Tohoku University)가 이끄는 국제 연구진은 다제내성을 유발하는 약물 배출 메커니즘을 무력화하기 위해 항암제 doxorubicin보다 먼저 P-gp 억제제 quinidine을 순차적으로 방출하는 다공성 아미노산 나노입자를 설계했다. 근적외선 레이저를 사용한 광열 요법과 병용했을 때, 이 접근법은 약물 내성 암 마우스 모델에서 완전한 종양 제거와 100% 생존을 달성했으며 정상 조직에 대한 독성은 검출되지 않았다. 이 연구 결과는 Journal of Controlled Release에 게재되었다.
펜실베이니아 대학교(University of Pennsylvania)의 두 연구는 mRNA 전달을 개선하기 위해 지질 나노입자(LNP)를 재설계했다. Journal of the American Chemical Society에 게재된 한 연구에서 연구진은 이온화 지질에 방향족 고리를 추가하여 'aroLNP'를 만들었다. 가장 우수한 성능을 보인 aroLNP는 림프절 전달을 유지하면서 Moderna COVID-19 백신에 사용된 LNP 제형보다 간에 전달되는 mRNA가 10배 적었고, 림프절 대 간 비율을 5~10배 높였다. 또한 임상 승인 제형과 유사한 항체 반응을 유도했으며 전신 염증성 사이토카인의 증가를 최소화했다. Nature Materials에 게재된 별도의 연구에서 연구진은 이미도에스테르 가교제를 사용하여 지질 C12-2aN을 만들었는데, 이는 해당과정과 젖산 생산을 증가시켜 수지상 세포 대사를 재프로그래밍했다. FDA 승인 제형과 비교했을 때, 이 LNP는 간 대비 림프절에 3배 이상 많은 mRNA를 전달했고, 혈류 내 염증 지표를 줄였으며, 마우스의 체온 상승을 더 작게 유발했다.
이번 연구 결과는 나노입자 공학이 암 치료법의 전달 효율과 내약성을 모두 개선할 수 있음을 보여주며, 이러한 접근법은 백신 및 자가면역 질환 치료와 같은 다른 분야로 확장될 수 있음을 시사한다.