미토콘드리아로 약물 정확히 전달·방출하는 나노겔 개발
소수성 라이신과 이황화결합 나노겔로 항암제 효능 개선 기대
□ 약물의 효능을 극대화하고, 부작용은 최소화하기 위해 약물을 표적까지 정확하게 전달·방출하는‘나노약물전달체’연구가 세계적으로 활발한 가운데, 국내 연구진이 약물을 세포소기관*에 정확하게 전달하고, 방출하는 새로운‘나노약물전달체’ 설계 전략을 제시하였다.
* 세포소기관: 세포 안 원형질 가운데 특정한 가능을 가진 구조 단위로 핵, 미토콘드리아, 엽록체, 골지체, 소포체, 리소좀 등이 있음.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 강한창 교수(가톨릭대학교) 연구팀이 생체에너지 생산 및 세포사멸을 담당하는 세포소기관인 ‘미토콘드리아’를 표적으로 약물을 전달·방출하는 나노겔을 개발하고, 세포 및 동물실험을 통해 항암제의 효능 개선 효과를 확인했다고 밝혔다.
□ 기존의 나노약물전달체는 약물을 표적까지 전달하는 능력은 우수하지만, 표적지에서 방출하는 능력은 미흡한 실정이다.
○ 표적 방출을 유도하기 위해 효소 및 활성산소종 등의 자극을 활용하는데, 이들 자극은 세포 밖은 물론 세포질에도 존재하여 나노약물전달체가 표적에 도달하기 전 약물이 방출될 가능성이 높기 때문이다.
□ 연구팀은 약물이 세포소기관에 전달된 후, 방출되도록 나노약물전달체의 ‘표적 전달’과 ‘표적 방출’이 순차적으로 진행되는 새로운 미토콘드리아 표적 약물 전달 및 방출 설계 전략을 마련하였다.
□ 연구팀은 미토콘드리아로의 전달에 영향을 주는 소수성 라이신 기반의 나노겔을 만들어 약물이 세포의‘핵 보다 미토콘드리아’로 더 갈 수 있는 ‘표적 전달’을 구현하였다.
○ 또한 분해 자극인 글루타치온이 친수성임을 고려해 이황화 결합부위 환경을 소수성화하고 나노겔 내 이황화 결합부위에 글루타치온의 접근을 제한 또는 지연시켜 세포질 글루타치온 보다 미토콘드리아 글루타치온에 의해 이황화 결합이 분해되는 ‘표적 방출’을 성공시켰다.
□ 새로운 약물봉입 나노겔을 이용한 대장암모델 마우스 실험결과 약물의 양을 기존 5분의 1로 줄였음에도 암성장 억제능력이 기존과 유사하거나 좀 더 우수함이 확인되었다.
○ 한편 라이신 기반의 환원분해성 나노겔은 체내 투여부터 표적 방출까지 혈액 중 순환, 암세포 내로의 유입, 엔도솜/리소솜 탈출, 표적 세포소기관 내로의 유입, 표적 세포소기관 내에서의 방출 등 5가지 장애물을 효과적으로 극복할 수 있다.
□ 강한창 교수는 “이번 연구는 표적 세포소기관에 존재하는 분해 자극을 찾아, 정확한 약물방출을 유도하는 나노약물전달체를 개발한 데 의의가 있다”라며 “신규 나노젤이 다양한 질환의 예방 및 치료에 적용될 수 있도록 후속연구에 힘쓰겠다”라고 밝혔다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실, 중견연구의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 1월 25일 게재되었다.
