나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 산하 "국가 나노과학 센터"의 딩바오취안(丁寶全) 연구원 연구팀은 지능형 종양 백신(tumor vaccine)에 대한 연구를 통해 DNA 나노 로봇을 사용하여 항 종양 백신의 개념을 제시하고, DNA 종이 접기 기술을 사용하여 종양 항원과 다양한 보조제를 동시에 탑재할 수 있는 종양 백신 시스템을 개발하고, 항원 특이적 면역 반응을 이용한 종양 면역 치료를 실행하였음.

연구팀은 종양 항원 폴리펩타이드와 단일 체인 DNA를 선택하여 면역 세포 내부에 함유되어 있는 면역 경로 수용체인 TLR3 및 TLR9에 대한 핵산 면역 보조제인 dsRNA와 CpG를 선택하고, 핵산 분자의 혼성화(hybridization)를 통해 나노 로봇 내부에 위치 확정 및 정량(定量)적 탑재를 실행하였음.

연구팀은 산(酸) 반응을 위해 DNA 분자 잠금장치를 설계하여 다양한 기능 성분을 탑재한 DNA 구조를 차폐하여 완벽히 밀폐된 DNA 로봇을 개발하고 내부의 면역 기능 성분을 보호하도록 하였음.

DNA 나노 로봇은 특수하게 설계된 크기와 형상으로 인해 효율적으로 림프절(lymph nodes)에 대량 수집되며, 림프절 내 수지상세포(dendritic cell) 속에 들어간 후 내포체 마이크로 산성 환경에서 분자 잠금장치를 오픈 시켜 DNA 나노 로봇은 잠겨 있는 상태에서 열려 있는 상태로 전환되고 항원과 다양한 보조제를 동시에 방출하게 되며, 수지상세포 활성화와 항원전달을 자극하여 항원 특이적 면역 반응을 유발시키고, 종양 세포를 효과적으로 사멸시키게 됨.

다양한 종양 항원 폴리페타이드를 탑재한 DNA 나노 로봇은 흑색종양(Melanoma), 직장 종양(colorectal tumor)을 가진 실험용 작은 마우스 모델에서 우수한 종양 치료 효과를 보였음.

연구팀은 종양 백신 정밀화 및 다중 보조제 연동 사용 난제를 해결하였기 때문에 나노 로봇은 장기간 면역 기억 효과를 나타낼 수 있게 되었으며, 이에 따라 종양의 재발과 전이를 효과적으로 억제할 수 있게 되었음.

이 DNA 나노 로봇은 다양한 성분을 기반으로 정확하게 조립되고 반응 제어를 자극하여 종양 백신 시스템 개발 및 개인화 된 종양 면역 요법 응용 분야에서 잠재력을 보여줌.

DNA 나노 로봇은 프로그램화 된 설계가 가능하기 때문에 바이러스 관련 항원 및 보조제와 같은 기능 성분 전달을 최적화하기 위해 추가 설계를 통해 항바이러스 백신 개발을 위해 새로운 플랫폼을 제공할 수 있게 될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Materials’ ("A DNA nanodevice-based vaccine for cancer immunotherapy") 지에 게재됨.