인공탄수화물 기반 항암치료용 '나노의약' 첫 개발

국내 연구진이 항암치료용 나노의약(nanomedicine) 개발에 성공했다. 향후 다른 질병이나 특정 장기 표적형 나노의약 개발에도 확장할 수 있어 기대를 모으고 있다.

KAIST는 전상용(생명과학과)이희승(화학과) 교수 공동연구팀이 인공탄수화물(artificial glycopolymer) 라이브러리 플랫폼을 이용해 항암치료용 나노의약 개발에 성공했다고 7월 12일 밝혔다.

세포막을 둘러싸고 있는 다양한 형태의 당 사슬 집합체를 글라이코칼릭스(glycocalyx)라고 한다. 특히, 암세포 및 암종에 따라 특이적인 글라이코칼릭스는 여러 가지 당에 대해 다른 결합력을 가진다.

연구팀은 이에 착안해 자연에 가장 많이 존재하는 다섯 가지의 당들을 조합해 31가지의 인공탄수화물 후보군들을 합성한 후 최종적으로 30나노미터 크기의 인공탄수화물 기반 나노입자(glyconanoparticle) 라이브러리를 구축했다.

연구팀은 구축된 인공탄수화물 나노입자 라이브러리 스크리닝을 통해 표적하고자 하는 암세포에 특이적으로 결합하는 나노입자 후보군을 선별했다. 이후 선별된 인공탄수화물 나노입자 후보군을 암 동물모델에서 표적능 및 치료효능을 평가함으로써 표적 항암치료용 나노의약 개발에 적용할 수 있다는 것을 처음으로 제시했다.

황창희 박사과정(생명과학과)홍정우 박사과정(화학과)이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 재료공학 분야 최정상급 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced MaterialsIF: 32.086) 6월 20일자 온라인판 게재 및 표지 논문으로 선정됐다.

당사슬(glycan)은 살아있는 모든 세포의 표면에 두드러지게 발현되며, 세포 신호, 분자 인식 및 면역과 같은 수많은 과정에 광범위하게 참여한다고 알려져 있다.

종양세포의 경우 비정상적인 당사슬 패턴이 암 종마다 다르게 세포 표면에서 검출되고 있으며, 이런 세포 표면에 존재하는 당사슬 층은 암세포의 전이(metastasis) 및 증식(proliferation) 등에 중요한 역할을 한다.

연구팀은 암세포 표면에 존재하는 이런 비정상적 당사슬과 선택적으로 결합할 수 있는 인공탄수화물 기반 나노입자 라이브러리 플랫폼을 개발했다. 자연에 흔히 존재하는 다섯 가지의 당류인 글루코스(glucoseGlc), 갈락토스(galactoseGal), 만노스(mannoseMan), 글루코사민(N-acetyl glucosamineGlcNAc), 갈락토사민(N-acetyl galactosamineGalNAc) 등을 조합해 당사슬을 모방하는 31가지 새 인공탄수화물을 합성했으며, 이로부터 나노크기의 인공탄수화물 나노입자를 만들었다.

연구팀은 암세포 및 종양 동물모델에서의 스크리닝 결과들을 바탕으로 특정 당 조합으로 이뤄진 인공탄수화물 나노입자가 높은 암-표적능을 보인다는 것을 처음으로 검증했다.

이와 함께 암-표적능이 뛰어난 인공탄수화물 나노입자에 항암제를 선적해 타깃 종양을 광열치료(photothermal therapy)화학요법(chemotherapy) 등을 통해 효과적으로 치료할 수 있음을 동물실험에서 밝혔다.

전상용 교수는 이번에 개발한 인공탄수화물 기반 나노입자 플랫폼은 암을 표적하는 나노의약 개발에 적용했지만, 암이 아닌 다른 질병이나 특정 장기 표적형 나노의약 개발에도 확장할 수 있어 후속 연구를 수행 중이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업(종양/염증 미세환경 표적 및 감응형 정밀 바이오-나노메디신 연구단) 및 선도연구센터사업(멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터)의 지원으로 수행했다.