자석 유도, 열 활성화 나노입자를 사용한 정밀 암 치료

전통적으로 방사선, 화학 요법, 수술은 악성 세포를 제거하고 파괴하는 가장 일반적인 방법이었습니다. 그러나 이러한 치료법은 건강한 세포도 손상시킬 수 있기 때문에 종종 심각한 부작용이 있습니다. 오늘날에는 정상 조직을 아끼면서 암 세포를 공격하도록 설계된 보다 정확하고 표적화된 치료법이 등장하고 있습니다.

일본 첨단과학기술원(JAIST)의 에이지로 미야코 교수와 그의 연구팀은 암 치료에 대한 이러한 혁신적인 접근 방식을 개척하고 있습니다. 이전에 그의 팀은 면역 체계가 종양 세포를 공격하도록 하는 종양 표적 박테리아를 개발했습니다. 2025년 3월 3일 저널 Small Science 에 발표된 연구에서 미야코 교수와 그의 팀은 종양 세포에 자기적으로 유도된 다음 레이저로 가열하여 종양 세포를 파괴할 수 있는 나노입자를 개발했습니다.

이 치료법은 광열 요법을 기반으로 하며, 광열 나노입자(빛을 흡수하여 열로 변환하는 입자)를 부착하여 암 세포를 선택적으로 파괴하는 것을 포함합니다. 근적외선(NIR) 레이저 빛에 노출되면 나노입자가 열을 생성하여 종양을 파괴합니다. 연구팀은 생체적합성 탄소 나노혼(CNH)을 광열제로 사용했습니다. CNH는 구형 그래핀 기반 나노구조로, 이전에 약물 전달 및 바이오이미징에 사용되었습니다. 그러나 CNH를 사용하는 데 있어 핵심 과제는 나노입자가 종양에 효과적으로 축적되도록 하는 것입니다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 표면에 자기 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라클로로페레이트([Bmim][FeCl 4 ])를 첨가하여 CHN을 개질했습니다. 이온성 액체는 항암 성질을 가지고 있으며 나노입자에 자기적 성질을 부여하여 외부 자석을 사용하여 종양 부위로 유도할 수 있습니다. 그러나 CNH는 자연적으로 물에 녹지 않고 [Bmim][FeCl 4 ]는 소수성(발수성)이어서 신체에서 사용하기에 어려움이 있습니다.

연구진은 신체에서 입자의 분산성을 개선하기 위해 폴리에틸렌 글리콜 코팅을 추가하여 입자의 수용성과 신체에서의 분산성을 개선했습니다. 또한 나노입자에 형광 염료인 인도시아닌 그린을 통합하여 시각적 추적기 역할을 하여 나노입자의 실시간 모니터링을 가능하게 했습니다.

"이 연구의 나노복합체 설계에 대한 혁신적인 접근 방식은 우리가 처음으로 암 치료에 자기 이온성 액체를 적용할 수 있게 해줍니다." 미야코 교수는 설명합니다.

"이것은 중요한 진전을 나타내며 암 치료 진단에 새로운 길을 제공합니다."

크기가 120나노미터에 불과한 나노입자는 광열 변환 효율이 63%로 많은 기존 광열제보다 성능이 우수했으며 암세포를 죽이기에 충분했습니다.실험실 테스트에서, 마우스 유래 대장암(Colon26) 세포에 나노입자를 첨가했을 때, 5분 동안 0.7W(~35.6mW mm −2 )의 808nm NIR 레이저에 노출되었을 때 세포 사멸을 효과적으로 유도했습니다.

Colon26 종양이 있는 마우스에 주입했을 때, 연구자들은 자석을 사용하여 나노입자를 종양으로 유도할 수 있었습니다. 이렇게 축적된 나노입자는 종양을 56°C까지 가열했는데, 이는 암세포를 파괴하기에 충분히 높은 온도였으며 결과는 좋습니다.

자석 유도 나노입자로 치료한 마우스는 6번의 레이저 치료 후 종양이 완전히 제거되었고, 그 후 20일 동안 재발하지 않았습니다.

반면, 나노입자가 자석에 의해 유도되지 않았을 때는 레이저 치료를 중단한 뒤 종양이 다시 자랐는데, 이는 암세포를 완전히 근절하기에 나노입자가 충분히 축적되지 않았다는 것을 의미합니다.

이 혁신적인 치료법은 세 가지 강력한 메커니즘을 결합합니다. 암세포의 열 기반 파괴, 이온성 액체의 종양 표적 화학 요법 효과, 자기 유도, 이 다중 모드 접근 방식은 일반적으로 단일 작용 모드에 의존하는 기존 치료법에 대한 더 효과적인 대안을 제공합니다. 

게다가 이 연구는 암 치료에서 자기 이온성 액체의 잠재력을 강조하여 새로운 치료 전략의 길을 열었습니다.

"다양한 종양 사멸 메커니즘을 활용하는 이 간단하면서도 매우 효과적인 나노플랫폼은 암 진단 및 치료에서 미래의 임상적 응용 분야에 상당한 잠재력을 가지고 있습니다."

미야코 교수가 말했습니다. "그러나 더 깊은 종양을 치료하기 위해서는 추가적인 안전 테스트와 효율적인 내시경 레이저 시스템의 개발이 필요할 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250306123257.htm