나노기술 및 정책 정보

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방사선 치료는 임상에서 일상적으로 사용되고 있는 암 치료 방식이지만 단일 분자 약물의 이용도가 낮고, 치료에서 부작용이 크기 때문에 환자들의 신심(身心) 및 가정에 부담을 주고 있음. 나노기술을 이용하여 단일 분자에 기반한 방사성 치료 약물을 제조하면 방사선 치료 약물 종양 표적과 제어 가능한 방출로, 치료 효과를 개선하면서 독성 부작용을 낮출 수 있음.

메조포러스(Mesoporous) 실리카 나노소재(silica nanomaterials)는 합성이 간단하고, 구조에 대한 제어가 가능하고, 화학적 절단(chemical clipping)과 생체 호환성의 강점을 가지고 있기 때문에 밝은 임상 응용의 전망을 가진 나노 약물 캐리어 플랫폼으로 평가 받고 있음.

과학자들은 암이 미세 환경 속에서 미세산, 혐기성 및 높은 산화 환원 등과 같은 특성에 따라 다양한 응답성을 보이는 암의 미세 환경 내의 원천 특징 발생을 통해 제어 가능한 약물 방출할 수 있는 스마트 메조포러스 실리카 나노 캐리어를 개발함.

약물 방출에 대한 제어 가능성을 한층 더 높이기 위해 과학자들은 광, 소리, 전기, 자기 등 외부에서 인가된 자극에 호응하여 분해할 수 있는 메조포러스 실리카 나노 약물 캐리어를 개발할 필요가 있다고 강조함.

중국과학원 수저우(蘇州, 소주) 바이오 의학 공정기술 연구소 둥원페이(董文飛, 동문비) 연구원 연구팀은 중국 화난(華南) 이공(理工) 대학교 사오단(邵丹, 소단) 교수, 미국 컬럼비아 대학교(Columbia University, USA) 량진룽(梁錦榮, 양금영) 교수 연구팀과 공동 연구를 통해, 이전 연구 과정에서 산화 환원 이중 자극 응답성 분해가 가능한 2셀렌 브리지 연결 메조포러스 실리콘 소재를 개발한 성과에서 동 소재는 X-선으로 분해를 제어할 수 있는 특성이 있다는 점을 발견함.

연구팀은 최적화 제조 공법을 통해 입자 크기, 구경과 셀렌 원소의 함량이 적당한 2셀렌 브리지 연결 메조포러스 실리콘 소재를 개발하여 전통적인 방사선 치료 약물인 페니실린을 탑재하는 데 사용하였음. 이런 나노 약물은 민감하고 통제 가능한 X-선 반응성 분해 능력이 있으며, 저 용량의 X-선(1 Gy) 조사로 빠른 프레임워크 붕괴를 통해 약물의 폭발적인 방출이 가능하다는 점을 발견함.

나노 약물이 암 부위에서 대량으로 집중되도록 연구팀은 바이오닉스 전략을 통해 암 세포 막을 약물 표면에 코팅하여 안정성을 향상시킨 동시에 혈액 순환 시간을 연장시키고 소재에 더욱 이상적인 암 표적 특성을 부여하였음. 세포와 동물 모델 속에서 동 바이오닉스 나노 약물은 낮은 제량(劑量) X-선 유도의 효율적인 방사선 치료와 페니실린의 독성 부작용을 뚜렷이 감소시킨다는 점을 입증하였음.

이런 치료 전략은 암 세포 면역 원형 제거 유도를 통해 생체에서 암에 대한 특이성 면역 반응을 일으킬 수 있도록 하며, 면역 체크포인트 차단제(anti-PD-L1)와 함께 사용하면 전신 항암 면역 반응을 촉진하고 1차 병변의 암 성장을 억제하는 동시에 전이 부위의 암에 대해서도 더 나은 치료 효과를 얻을 수 있었음.

연구팀은 2셀렌 브리지 연결 메조포러스 실리콘의 우수한 X-선 응답 분해 특성에 기반하여 2셀렌 브리지 연결 메조포러스 실리콘을 높은 잠재력을 가진 약물 캐리어로 선정하고 X-선 유도의 방사선 치료, 면역 연합 치료에 응용하는데 성공하였음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ ("Biomimetic Diselenide-Bridged Mesoporous Organosilica Nanoparticle as an X-Ray-Responsive Biodegradable Carrier for Chemo-Immunotherapy") 지에 게재됨.