□ 미래창조과학부(장관 최양희)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)은 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문)의 김원종 그룹리더(포스텍 화학과 교수) 연구팀이 암세포를 만났을 때만 약물 및 유전자를 전달하고 치료 효과도 획기적으로 높일 수 있는 원리를 규명하는데 성공했다고 밝혔다. 

 o 연구진은 세포 내 pH(수소이온 농도지수)를 감응하여 지능적으로 치료제와 유전자를 전달할 수 있는 나노입자 DNA 구조체를 개발하고, 암세포에 항암제 전달 및 약재 내성1) 억제를 통해 항암치료 효과를 획기적으로 향상시킬 수 있는 원리를 밝혀냈다.

 o 이를 활용하면 나노입자의 불명확한 전달의 한계를 극복하고 암 세포 부위에만 찾아가 약물 및 약재 내성 억제 유전자를 방출시켜 질병세포의 사멸을 유도할 수 있다. 앞으로 나노입자를 이용한 의약학, 보건의료, 암치료 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대를 모으고 있다.

□ 연구진은 금 나노입자에 pH 감응형 DNA(이하 i-motif DNA)2),그림1)와 상보적 결합3)을 하는 DNA, 치료 유전자인 안티센스 DNA(antisense DNA)4)를 붙여 조건에 따라 거동을 조절하는 지능적인 DNA 나노머신을 개발하였다. 

 o i-motif DNA가 낮은 pH 조건에서 모양을 변형하여 분리되는 성질을 가지는 점에 착안하여 i-motif DNA에 상보적 서열이 접합된 나노입자의 군집을 만들고, 세포사멸을 유도하는 핵산(antisense DNA)을 금 나노입자의 표면에 붙였다.

 o 이런 금 나노입자는 세포 밖의 중성 pH에서는 DNA의 상보적 결합에 의해 나노입자 군집을 만들다가, 세포 안으로 들어가면 세포 내 엔도솜(endosome)5)의 낮은 pH에 감응하여 서로 흩어지면서 내부에 담지한 약물을 전달한다는 사실을 규명하였다. 또, 금 나노입자가 서로 흩어지며 접합된 안티센스 DNA가 약물에 내성을 보이는 유전자의 발현을 억제한다는 사실을 확인했다.

 o 이는 정상세포까지 공격하여 문제됐던 기존 방식과 달리 특정 크기로 조절 가능한 나노입자의 군집을 만들어 암세포에만 특이적으로 축적이 되고 암세포 내부에서 특정 자극에 의해서만 흩어지고 약물 및 유전자를 방출하기 때문에 암 치료시 부작용을 낮출 수 있다.

□ 이번 성과는 미국화학회가 발간하는 나노분야의 세계적 권위저널 에이씨에스 나노誌(ACS Nano, IF 12.033, JCR 상위 5.33%) 9월 3일자 온라인에 논문을 게재하였다.

* (논문제목) 암세포를 표적하며, 크기 조절이 가능한 군집화된 나노입자를 이용한 항암치료의 응용(Tumor-Homing, Size-Tunable Clustered Nanoparticles for Anticancer Therapeutics)

* (제1저자) IBS 복잡계 자기조립 연구단 김진환 연구원

* (교신저자) IBS 복잡계 자기조립 연구단 김원종 그룹리더

□ 김원종 IBS 복잡계 자기조립 연구단 그룹리더는 이번 성과를 “암세포만 표적으로 축적이 되는 나노입자 군집을 이용하여 부작용은 낮추고 항암 효과는 획기적으로 높일 수 있는 중요한 기초기술”이라며 “앞으로 나노입자를 이용한 항암 치료의 근본적인 문제를 해결하고 실제 항암 치료에도 적용 가능할 것으로 기대한다.”고 밝혔다.