나노기술, 부작용 없이 항암제 2만배 강화

노스웨스턴 연구진은 항암제를 기하급수적으로 강력하고 안전한 나노입자 형태로 재설계했습니다. 이 획기적인 기술은 미래의 항암제 설계 및 투여 방식을 재정의할 수 있을 것입니다. 출처: Shutterstock

암 치료를 개선하기 위한 중요한 단계로, 노스웨스턴 대학의 연구진은 널리 사용되는 화학 요법 약물의 분자 구조를 재설계하여 훨씬 더 잘 녹고 강력하며 신체에 대한 독성이 덜하도록 만들었습니다.

과학자들은 구형 핵산(SNA)을 사용하여 새로운 형태의 약물을 개발했습니다. SNA는 약물을 작은 구형으로 코팅된 DNA 가닥에 직접 삽입하는 나노구조의 일종입니다. 이러한 재설계를 통해 약하고 용해도가 낮은 항암제가 건강한 조직에는 영향을 미치지 않으면서 고도로 표적화된 항암제로 변했습니다.

백혈병에 대한 극적인 효과

이 새로운 치료법은 빠르게 성장하고 치료가 어려운 혈액암인 급성 골수성 백혈병(AML) 동물을 대상으로 시험되었습니다. 표준 항암 화학요법 버전과 비교했을 때, SNA 기반 약물은 백혈병 세포에 12.5배 더 효율적으로 침투하고, 최대 2만 배 더 효과적으로 파괴하며, 암 진행을 59배 늦추는 효과를 보였습니다. 이 모든 효과가 검출 가능한 부작용 없이 나타났습니다.

이러한 성공은 나노의약품의 구성과 구조를 정밀하게 제어하여 인체와의 상호작용을 개선하는 분야인 구조적 나노의학의 잠재력이 점차 커지고 있음을 보여줍니다. 이미 7가지 SNA 기반 치료법이 임상 시험 단계에 있으며, 연구진은 이러한 접근 방식이 암, 감염, 신경퇴행성 질환, 자가면역 질환에 대한 새로운 백신과 치료법 개발의 길을 열어줄 수 있을 것으로 기대합니다.

이 연구 결과는 10월 29일 ACS Nano 에 게재되었습니다.

"종양의 진행을 막다"

연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 채드 A. 미르킨은 "동물 모델에서 종양의 진행을 멈출 수 있음을 입증했습니다."라고 말했습니다. "이것이 인간 환자에게도 적용된다면 정말 흥미로운 발전입니다. 더 효과적인 항암 치료, 더 나은 반응률, 그리고 더 적은 부작용을 의미할 것입니다. 이는 모든 종류의 암 치료에서 항상 추구하는 목표입니다."

미르킨은 화학 및 나노의학 분야의 선도적인 인물로, 노스웨스턴 대학교에서 화학, 화학생물공학, 생체의공학, 재료과학 및 공학, 의학 분야의 조지 B. 라스만 교수로 재직하고 있습니다. 그는 또한 국제나노기술연구소 소장이며, 로버트 H. 루리 종합암센터 회원이기도 합니다.

고전적인 항암제에 대한 재

이번 연구를 위해 미르킨 연구팀은 제한된 효능과 심각한 부작용으로 오랫동안 사용되어 온 항암제인 5-플루오로우라실(5-Fu)을 재검토했습니다. 5-Fu는 암세포뿐만 아니라 건강한 세포에도 영향을 미치기 때문에 메스꺼움, 피로, 그리고 드물게는 심장 합병증을 유발할 수 있습니다.

미르킨은 문제가 약물 자체에 있는 것이 아니라 낮은 용해도에 있다고 설명했습니다. 많은 생체액에 1% 미만이 용해되므로, 대부분의 약물은 의도한 목표에 도달하지 못합니다. 약물이 잘 용해되지 않으면 서로 뭉치거나 고체 상태로 남아 체내 흡수를 방해합니다.

"항암화학요법이 종종 끔찍한 독성을 지닌다는 것은 우리 모두 알고 있습니다."라고 미르킨 박사는 말했다. "하지만 많은 사람들이 그것이 종종 잘 녹지 않는다는 사실을 알지 못합니다. 그래서 우리는 그것을 수용성 형태로 변환하여 효과적으로 전달할 방법을 찾아야 합니다."

구형 핵산이 약물 전달을 어떻게 변화시키는가

이러한 한계를 극복하기 위해 연구진은 DNA 또는 RNA의 고밀도 껍질로 둘러싸인 구형 나노입자인 SNA(구조체 나노입자)를 활용했습니다. 세포는 이러한 구조를 쉽게 인식하고 내부로 끌어당깁니다. 이번 연구에서 미르킨 연구팀은 화학요법 분자를 DNA 가닥 자체에 화학적으로 결합시켜 암세포가 자연적으로 흡수하는 약물을 개발했습니다.

"대부분의 세포는 표면에 청소 수용체를 가지고 있습니다."라고 미르킨은 설명했습니다. "하지만 골수 세포는 이 수용체를 과발현하기 때문에 수용체의 수가 훨씬 더 많습니다. 골수 세포가 분자를 인식하면 세포 안으로 끌어들입니다. SNA는 세포 안으로 억지로 들어가야 하는 대신, 이러한 수용체에 자연스럽게 흡수됩니다."

효소가 DNA 껍질을 분해하여 항암제를 암세포에 직접 방출합니다. 이러한 구조적 재설계는 5-Fu가 백혈병 세포와 상호작용하는 방식을 완전히 바꾸어 그 효과를 극적으로 증가시켰습니다.

최소한의 피해로 정밀 타겟팅

마우스 모델에서 새로운 치료법은 혈액과 비장에서 백혈병 세포를 거의 제거하면서 생존 기간을 크게 연장했습니다. SNA가 AML 세포만을 선택적으로 표적으로 삼았기 때문에 건강한 조직은 손상되지 않았습니다.

"오늘날의 항암 화학요법제는 마주치는 모든 것을 죽입니다."라고 미르킨은 말했습니다. "즉, 암세포뿐만 아니라 많은 건강한 세포도 죽입니다. 하지만 저희의 구조적 나노의학은 골수세포를 우선적으로 공격합니다. 전신에 항암 화학요법을 과도하게 투여하는 대신, 필요한 부위에 더 높고 집중적인 용량을 정확하게 전달합니다."

임상 시험을 향한 다음 단계

연구팀은 추가 자금이 지원되면 더 큰 동물을 대상으로 실험을 진행하고, 궁극적으로는 인체 임상 시험에 들어가기 전에 더 많은 소동물 모델에서 이 접근법을 시험해 볼 계획입니다.

"화학요법 구형 핵산"이라는 제목의 이 연구는 미국 국립암연구소와 국립 당뇨병, 소화기 및 신장 질환 연구소의 지원을 받았으며, 노스웨스턴 대학의 로버트 H. 루리 종합암센터의 추가 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251105050718.htm