생물 및 의학 (건강) 암세포를 정조준하는 은 나노입자

2014.06.28 12:11

졸리운_곰 조회 수:387

암세포를 정조준하는 은 나노입자

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014060912&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-06-26





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미국 캘리포니아주립대학(California University, Santa Barbara) 어키 루오슬라티(Erkki Ruoslahti) 교수 연구진이 암 세포를 정확하게 찾아가는 은 나노입자(siver nanoparticle) 개발에 성공했다. 표적 암세포를 정확하게 찾아가는 펩타이드(peptide) 코팅으로 봉인된 형태로 만들어진 새로운 은 나노입자는 암 세포 내부로 침투하지 못한 나노입자를 에칭(etching)법으로 손쉽게 제거할 수 있도록 설계되어서 약물 수송체(transporter)에 성능을 보다 정확하게 평가할 수 있어 표적 항암제 개발에 큰 파급 효과가 기대된다.

암 세포의 다양한 생화학적 특징을 이용해서 암 세포를 정확하게 찾아가는 유도체계를 약물 수송체에 탑재하면, 유도미사일처럼 암 세포를 공격하는 정밀 타격 시스템 구현이 가능해진다. 금속 나노입자를 약물 수송체로 이용하면 매우 다양한 응용이 가능한데, 이는 금(gold)이나 은 등의 금속 나노입자가 암 세포로 약물을 실어 나르는 수송체 역할과 함께 약물이 암세포에 정확하게 전달되었는지 파악할 수 있는 수단을 제공하기 때문이다.

금속 나노입자에 약물과 함께 형광 염료(fluorescent dyes)를 탑재하면 형광 이미징(Fluorescent imaging) 기법으로 금속 나노입자의 위치를 손쉽게 파악할 수 있다. 이는 금속과 유전체의 경계면, 즉 금속표면에서 빛과 플라즈마가 결합된 형태로 파장이 나타나는 `플라즈모닉스(plasmonics)`라는 물리학적 현상에 의해 형광 염료의 신호가 증폭되어 높은 감도를 얻을 수 있기 때문이다.

금속 나노입자를 이용한 방법은 다양한 물질을 탑재할 수 있고 수송체에 탑재한 약물의 위치와 분포를 손쉽게 파악할 수 있지만 암 세포에 전달된 약물이 세포 주변에 있는지 아니면 세포 내부로 침투했는지 구별할 수 없었다. 이는 약물전달체계(drug delivery systems; DDSs)의 성능 평가 결과에 신뢰도를 떨어뜨리는 원인으로 이에 대한 해결책 마련이 필요했다.

루오슬라티 연구진이 찾아낸 해결책은 암 세포 내부로 침투하지 못하고 세포 주변에 남아 있는 은 나노입자를 에칭법을 이용해 선택적으로 제거하는 방식이다. 개념적으로는 매우 단순한 방법이지만 은 나노입자를 에워싸고 있는 펩타이드 막이 본연에 기능을 유지하면서도 에칭을 방해하지 않도록 설계해야 하며, 생체에 해가 없는 에칭법을 찾아야 하기 때문에 쉽지 않다.

연구진은 트리포타슘 헥사시아노페레이트(Tripotassium hexacyanoferrate (III) ; K3Fe(CN)6) 라는 생체적합성 화학적 에칭제로 암 세포 내부로 침투하지 못한 은 나노입자를 선택적으로 제거하는데 성공했다. 결과적으로 항암 약물을 탑재한 상태에서 암 세포에 도착하는데 성공은 했지만 세포 내부로 침투에 실패한 은 나노입자에서 방출되는 형광 염료의 신호는 제거하고, 내부 침투에 성공한 은 나노입자에서 방출되는 신호만 선별적으로 얻어 신뢰도가 높은 결과 값을 얻었다. 표적 암 세포에 침투하지 못한 은 나노입자는 에칭에 의해 제거된 다음 콩팥을 통해 체외로 배출되는 것으로 나타났다. 이는 결과적으로 표적 암 세포에 영향을 미치지 못하는 약물에 의한 독성 효과 등의 부작용을 최소화할 수 있는 가능성을 발견했다는 의미이기도 하다.

세포 내 침투에 실패한 은 나노입자를 제거하는 에칭법에 개발 이전에는 약물 수송체 유도시스템의 성능 평가만 가능했고, 약물전달시스템의 세포투과도는 정확하게 평가할 수 없었다. 약물의 영향으로 세포에서 나타나는 변화를 관찰해서 간접적으로 그 결과를 예측할 수 있었을 뿐이다.

기존에 개발되어 있는 항암제 중 세포막을 통과할 수 있는 약물은 많지 않은 것이 실정이다. 특히 RNA, DAN처럼 전하를 띠는 화합물은 세포막을 통과하기 매우 어렵다. 때문에 이러한 화합물에 세포 내 침투는 세포의 내포작용(endocytosis; 엔도시토시스)에 의존할 수밖에 없다. 은 나노입자 같은 약물 수송체에 세포 내 침투도 내포작용에 의존할 수밖에 없기 때문에 세포 내 침투 성공률에 대한 평가는 반드시 필요하다.

새로운 에칭법의 개발을 계기로 이에 대한 보다 정확한 평가가 가능해져, 약물 수송체에 세포 내 침투 성능의 최적화 작업도 속도를 낼 수 있을 전망이다. 더 나아가 이 기술은 감염증을 치료하는 항생제 개발에도 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 항생제 내성균은 증가 추세에 있지만 이에 대항할 무기는 점점 줄어가고 있다. 이는 항생제 신물질 개발 속도가 항생제 내성 발현 증가 추이를 압도하지 못한 탓이 크다. 이러한 상황에서 기존 항생제를 보다 효과적으로 활용할 수 있는 약물전달기술의 개발 필요성이 높다. 은 나노입자는 이미 항균제(antibacterial agent)로서 사용되고 있는 물질이므로, 여기에 항생물질을 더하면 큰 상승 효과를 기대할 수 있을 것이다.

[참고 원문]
Etchable plasmonic nanoparticle probes to image and quantify cellular internalization
Gary B. Braun, Tomas Friman, Hong-Bo Pang, Alessia Pallaoro, Tatiana Hurtado de Mendoza, Anne-Mari A. Willmore, Venkata Ramana Kotamraju, Aman P. Mann, Zhi-Gang She, Kazuki N. Sugahara, Norbert O. Reich, Tambet Teesalu & Erkki Ruoslahti
Nature Materials (2014) doi:10.1038/nmat3982                
         
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다.






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