[미리안 브리핑]
연구를 주도한 Dmitri Lapotko 박사<사진>는 “우리는 효과적이고 안전한 치료를 받지 못하게 만드는 악성 암에 초점을 맞추었다. 외과의사들도 종양을 완전히 제거하지 못하는 경우가 있는데 이러한 때에는 종양의 암세포가 다른 주요 장기에 뒤얽히게 된다. 이들 종양에서 남겨진 부위에 대해서는 항암제나 방사선 요법이 흔히 이용되지만, 오히려 저항성이 발생하게 되는 경우가 많다. Quadrapeutics는 이러한 표준 요법이 실패했을 때에 진가를 발휘하게 된다. quadrapeutics는 기존 치료법을 대체하는 것이 아니라 완전하게 보충해주게 된다”고 밝혔다.
Lapotko 박사는 quadrapeutics가 암세포의 내부에서만 약물 및 방사선 효과를 증폭시킨다는 점에서 현재 개발 중인 다른 항암 요법과 차이가 크다고 강조했다. quadrapeutic의 효과는 플라스몬 나노거품(plasmonic nanobubbles)이라 불리는 정밀하게 조절되는 나노 폭발물에 의해서 얻어진다.
플라스몬 나노거품은 짧은 저에너지 근적외선 레이저 충격에 반응하여 나노 초(nano-second)만에 암세포 내부에서 팽창하고 터져버리는 방식으로 작용한다. 플라스몬 나노거품은 절제술로 제거할 수 없거나 방사선 및 항암 화학요법에 저항성을 보이는 암세포에 대항하는 기계적 약물(mechanical drug) 역할을 한다.
연구팀의 이전 연구에서 플라스몬 나노거품을 이용하여 말 그대로 세포를 산산조각 내버렸다. 이번 quadrapeutics에서 연구팀은 암세포를 찾아 사멸시키기 위하여 3가지 방식을 도입했다. 나노버블의 파열에 의한 맨 처음의 폭발에서 생존하는 암세포에 대해서는 항암제와 방사선의 국소적 투여로 효과를 내게 된다. 기계적 세포 파괴, 세포내부 약물의 발사, 방사선의 증폭의 3가지 효과는 모두 세포의 내부에서만 나타나기 때문에 주변의 정상 세포에는 해를 끼치지 않는다고 한다
quadrapeutics를 생체에 투여하기 위해 연구팀은 항암제, 방사선, 저에너지 근적외선 레이저 펄스, 콜로이드성 금 입자라는 임상에서 허용된 4가지 요소들을 활용했다. Lapotko 박사는 “Quadrapeutics는 암 치료의 패러다임을 암세포의 내부에서만 발생하는 사건으로 전환시켰다. 기존의 거대요법을 마이크로요법으로 보충한 것이다. 우리는 수술, 화학요법, 방사선 요법을 모두 세포의 내부로 가지고 왔다”고 설명했다.
quadrapeutics의 첫 번째 요소는 임상에서 유효성이 입증된 항암제의 저용량 투여이다. 연구팀은 이번에 doxorubicin과 paclitaxel이라는 2종의 약물을 시험하였다, 각각의 약물에 대해서는 캡슐에 포함된 형태를 이용하였으며 암세포를 표적으로 삼는 항체를 부착시켰다. 플라스몬 나노거품의 확대 효과 때문에 임상에서 환자들에게 이용되는 용량과 비교하여 몇 % 수준으로 현저히 적은 양이 세포 내부로 유입되어 효과를 냈다.
quadrapeutics의 두 번째 요소는 세포보다 수천 배나 작은 구형의 금으로 구성된 무독성 금 콜로이드 주사 용액이다. quadrapeutics는 지난 수십 년간 관절염 치료제로 임상에서 이용되어온 금 콜로이드에 대한 새로운 이용 가능성을 제시하고 있다. Quadrapeutics에서 금 콜로이드도 암 세포의 내부에 축적되는 암 특이적 항체를 부착시켰다. 금 콜로이드 나노클러스터는 레이저 펄스나 방사선에 의해서 활성화될 때까지는 아무런 반응을 나타내지 않는다.
quadrapeutics의 세 번째 요소는 일반적인 수술용 레이저보다 100만 배나 에너지가 덜 이용되는 짧은 근적외선 레이저 펄스라고 한다. 표준 내시경은 레이저 펄스를 종양에 전달하지만, 금 콜로이드 나노클러스터는 레이저 에너지를 플라스몬 나노버블로 전환시킨다. quadrapeutics의 네 번째 요소는 단회, 저용량 방사선이다. 금 콜로이드 나노클러스터는 비록 임상에서 환자들에게 이용되는 조사량의 몇 %에 지나지 않지만, 세포의 내부에서만 방사선의 죽음의 효과를 증폭시킨다.
Lapotko 박사는 “이들 요소들이 세포 내부에서 상승효과를 나타내서 저항성 암세포를 사멸시키는 효과를 나타냈다. 이 상승효과는 암세포 배양 시험에서 표준 화학-방사선 요법이 나타낸 효과보다 약 100배나 높아진 것”이라고 설명했다. 논문에 따르면 연구팀은 항암제와 방사선 요법에 모두 저항성을 보유하고 있는 치명적인 형태의 종양인 두경부 편평 세포암(head and neck squamous cell carcinoma: HNSCC)을 대상으로 quadrapeutics의 효과를 시험하였다. 여기서 quadrapeutics는 항암제가 이용되는 용량의 3%, 방사선이 조사되는 수준의 6%로 단회 투여했음에도 마우스에 이식된 HNSCC를 1주 만에 소멸되게 만들었다.
현재 연구팀은 quadrapeutics의 시제품 제작과 임상시험 진행에 매진하고 있다. 임상시험 적용에 있어서는 표준 내시경 및 다른 임상 장치가 이용되고, 캡슐화 항암제도 활용된다. 또한 이번 연구에서는 HNSCC에만 초점을 맞추었지만 다른 치료가 어려운 뇌암, 폐암, 전립선 암 등의 고형암의 치료에도 적용할 계획이다. 여기에 더해 Lapotko 박사는 quadrapeutics의 안전성이 높기 때문에 어린 환자들을 대상으로 한 시험에서 특히 효과적일 것이라고 설명했다.
MD 앤더슨 두경부 외과의 Ehab Hanna 박사는 “약물과 방사선에 저항성이 있으면서도 공격성이 강한 종양은 큰 문제이며, 여기에 대한 효율적인 해결책이 요구되고 있다. 이러한 점에서 수술, 약물, 방사선의 효과를 세포수준에서 모아서 증폭시키는 기술은 매우 유망하다. 이번 quadrapeutics의 전임상 시험 결과는 임상 시험 적용 가능성을 보여주고 있다”고 설명했다.<원문 바로가기>
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