3개 연구팀, 표적 암 치료 위한 나노입자 플랫폼 진전

3개의 연구팀이 암 치료를 종양에 더 정밀하게 전달하면서 건강한 조직 손상을 최소화하기 위한 새로운 나노입자 기반 전략을 각각 개발했다.

Southern Medical University 주강 병원(Zhujiang Hospital)에서 장차오(Chao Zhang) 교수가 이끄는 연구팀은 소세포폐암(small cell lung cancer, SCLC)에서 화학요법 내성을 극복하기 위한 DNA 나노머신 기반 약물 전달 시스템을 개발했다. 연구팀은 PRMT1/SOX2 신호전달 축이 SCLC에서 항암화학요법 내성의 핵심 구동인자임을 확인하고, 시간적으로 프로그램된 약물 방출이 가능한 DNA 나노머신을 설계했다. 이 시스템은 PRMT1 억제제 DCLX069와 cisplatin을 동시에 적재해 종양 세포 내에서 프로그램된 치료 순서를 구현한다. 즉, DCLX069를 빠르게 방출해 종양 줄기성(tumor stemness)을 억제한 뒤, cisplatin을 서서히 방출해 세포독성 효능을 극대화한다.

연구 결과, PRMT1은 화학요법 내성 SCLC 세포에서 현저히 상향 조절되어 있었으며 환자의 불량한 예후와 밀접한 상관관계를 보였다. 기전 연구에서는 PRMT1이 SOX2 매개 종양 줄기성을 활성화해 화학요법 내성을 촉진한다는 점이 확인됐다. PRMT1을 억제하면 줄기성이 유의하게 감소했고 cisplatin에 대한 감수성이 증가했다. DNA 나노머신은 시험관 내(in vitro)와 생체 내(in vivo) 모두에서 우수한 종양 표적화 능력을 보였다. 세포 및 동물 모델에서 이 나노치료 시스템은 SCLC의 화학요법 내성을 효과적으로 역전시키고 종양 성장을 유의하게 억제했다. 기존의 정맥주사 cisplatin 투여와 비교해 DNA 나노머신은 cisplatin 관련 혈액학적 및 신장 독성을 현저히 감소시켰고 뚜렷한 면역원성 반응을 유발하지 않았다. 이번 연구는 학술지 Research에 게재됐다.

McGill University와 Rosalind and Morris Goodman Cancer Institute의 과학자들은 림프절로 전이된 암을 치료하기 위한 암 면역치료 전달에 대해 다른 접근법을 개발했다. 연구진은 기존 면역치료 약물을 공학적으로 설계한 나노입자에 포장했으며, 이 나노입자는 혈류를 따라 이동한 뒤 암에 침범된 림프절에 도달하면 약물을 방출하고 활성화한다. Canada Research Chair in Biomaterials and Biomacromolecule Delivery에 따르면, 이 나노입자는 암성 림프절에 풍부한 분자를 감지해 필요한 위치에서만 약물을 활성화할 수 있으며, 건강한 조직에서는 약물이 비활성 상태로 유지되다가 결국 분해된다.

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)에 게재된 생쥐 모델 결과에 따르면, 이 나노입자는 표준 정맥(IV) 면역치료보다 유해한 부작용을 줄이고 유효성을 개선했다. 이 실험적 접근은 중요한 과제를 해결하도록 설계됐다. 암의 영향을 받은 림프절은 종종 외과적으로 절제되는데, 이 과정이 면역계를 약화시킬 수 있다. 연구팀은 임상시험(clinical trial)을 시작하기에 앞서 다른 전임상(preclinical) 연구에서 안전성을 평가하고 있다.

UC Davis Comprehensive Cancer Center의 과학자들은 체내에서는 미세한 입자로 이동하다가 암 부위에 도달하면 나노섬유 네트워크로 재형성되는 변형 가능 나노입자를 시험하고 있다. 이 섬유는 종양에 달라붙지만 건강한 장기에서는 훨씬 빠르게 자연 소실돼 내재적 표적화 시스템을 형성한다. 연구는 UC Davis Health 생화학 및 분자의학(Department of Biochemistry and Molecular Medicine)과 혈액종양학(Division of Hematology and Oncology)의 석좌교수인 Kit S. Lam이 이끌고 있다. 이 연구는 최근 $3.1 million 규모의 National Institutes of Health (NIH) R01 연구 프로젝트 보조금을 받았다.

나노입자가 종양 주위에 미세 섬유의 그물망을 형성하면, 연구자들은 고도로 특이적인 "click chemistry" 반응을 이용해 치료 분자를 전달할 수 있다. 이 두 번째 단계는 임상의가 필요 시점에 약물을 추가할 수 있게 하며, 여기에는 소분자 약물, 독소, 면역 증강 분자 또는 단백질이 포함돼 면역계의 항종양 효과를 강화할 수 있다. 이 나노입자는 종양 부위에 최대 1주까지 머물 수 있지만, 간과 폐 같은 건강한 장기에서는 2일 이내에 소실된다.

UC Davis 연구팀은 이를 2요소, 2단계 전략으로 부른다. 즉, 나노입자가 종양을 찾아가 오래 지속되는 분자적 골격으로 변형된 뒤, 의사가 약물 전달 시스템에 결합(lock-on)하는 치료제를 투여해 종양 미세환경 내에서 작용을 시작하게 한다. 이 프로젝트에는 3개의 주요 목표가 포함된다. 비소세포폐암(non-small cell lung cancer)과 같은 암에서 발견되는 수용체를 표적하는 나노입자를 설계·개선하는 것, 첨단 영상기법을 사용해 생체 시스템에서 나노입자의 거동을 이해하는 것, 그리고 전임상 암 모델에서 이 접근의 안전성과 유효성을 시험하는 것이다.