암(癌)만 공격하는 똑똑한 '고효율 나노입자' 치료제 개발...UNIST 유자형 강세병 김채규 교수팀

단백질 보호막을 가진 약물 전달체(PCSN)의 작동 모식도: 기존 약물 전달체가 생체환경에 노출되면 수백 종류의 생체 단백질(Serum Proteins)에 흡착돼 면역세포에 노출되고 암세포에 도달하지 못한다. 이를 해결하기 위해 단백질 보호막을 이용해 ‘면역세포는 피해가고 암세포에만 도달하는’ 효율적인 약물 전달체를 설계했다.

암(癌)만 공격하는 똑똑하고 효과적인 치료제에 중요한 기술이 개발됐다. 약물을 담아 옮기는 ‘나노 입자’를 ‘단백질 보호막’으로 감싸서 안전성과 효율을 높인 기술이다.

UNIST(총장 정무영) 자연과학부의 유자형, 김채규 교수와 생명과학부의 강세병 교수 공동 연구팀이 체내에서 안전하고 효율적으로 작동하는 ‘약물 전달체 플랫폼 기술과 물질’을 개발했다.

이 연구는 저명한 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, IF:12.353) 1일 온라인 판에 발표됐다.

약물 전달체는 글자 그대로 치료제를 담아 표적으로 삼은 세포에 전하는 물질이다. 기존에도 수만 가지의 약물 전달체가 개발됐지만 실제로는 효과가 미미했다.

체내에 존재하는 수백 가지 단백질이 약물 전달체에 달라붙었기(단백질 코로나 현상) 때문이다. 이 현상 때문에 약물이 암세포 등 표적에 도달해도 치료효율이 매우 낮았고, 다른 장기에 영향을 미쳐 독성을 유발하는 부작용이 나타나기도 했다.

유자형 교수는 “매우 안정적이라 다른 단백질과 상호작용하지 않는 특수 단백질로 잘 조직된 보호막을 만들면 단백질 코로나 현상을 완화할 수 있다고 보고됐다”며 “단백질로 단백질을 막는 일종의 이이제이(以夷制夷) 전략인데, 이번에 개발한 물질과 기술이 여기에 해당한다”고 설명했다.

연구진은 우선 재조합 DNA를 이용해 ‘매우 안정한 부분’과 ‘암세포에만 달라붙는 부분’을 가진 재조합 단백질을 만들었다. 그런 다음 이 단백질로 약물을 전달할 나노 입자 표면을 둘러싸 보호막으로 활용했다. ‘단백질 보호막을 가진 약물 전달체(PCSN)’가 만들어진 것이다.

이 물질이 실제 생체환경에서도 작동하는지 알아보기 위해, 생체와 유사한 환경을 만들고 일정 시간 동안 담가뒀다. 이때 단백질 보호막이 외부 단백질을 효과적으로 막을 수 있는지는 단백질학과 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다. 그 결과 기존보다 10배 정도 효율이 높아진 것으로 드러났다.

면역세포와 암세포를 이용한 약물 전달 효과도 살폈다. 단백질 보호막 약물 전달체는 오랜 시간 생체환경에 노출돼도 면역세포에 잡히지 않으면서 암세포를 사멸시킬 수 있었다. 또 암세포를 가진 생쥐 실험에서도 기존에 보고된 약물 전달체에 비해 암세포를 더 잘 공격하면서 생체에 독성도 적은 것으로 확인됐다.

유 교수는 “이번에 밝혀진 연구결과는 암 치료는 물론 다양한 질병의 진단과 치료, 열-광학 치료 등 다양한 분야에 적용할 수 있다”며 “향후 재조합 단백질의 설계를 다르게 하면서 다양한 역할을 수행할 플랫폼을 선보일 계획”이라고 밝혔다.

그는 이어 “나노 치료제 분야의 오랜 염원인 ‘만능 플랫폼’에 새로운 방법으로 접근 가능할 것”이라며 “새로운 ‘표적 지향형 약물 전달 시스템의 원천기술’을 확보했다는 점에서도 의미가 있다”고 덧붙였다.

이번 연구에는 UNIST의 오준용, 김한솔 석‧박통합과정 연구원과 엘.팔라니쿠마(L.Palanikumar) 박사가 공동 1저자로 참여했다.

UNIST 연구지원본부의 서정곤 교수와 에너지 및 화학공학부의 곽상규 교수도 함께 참여했다. 연구수행은 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 선도연구센터지원사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com