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의생명융합공학과

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[조윤기 교수팀] 광열, 기체, 약물을 포함한 삼중복합치료로 폭발적 치료효과 갖는 나노항암제 개발

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작성자 의생명융합공학과 작성일 2021/12/16 조회수 349
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홍합과 멍게 영감받은 나노폭탄으로 암치료 효과 높인다

- 융합학부 조윤기 교수팀, 광열, 기체, 약물을 포함한 삼중복합치료로 폭발적 치료효과 갖는 나노항암제 개발





경북대학교 융합학부 의생명융합공학과 조윤기 교수팀은 포스텍 화학공학과 차형준 교수팀과 공동연구를 통해, 홍합과 멍게의 카테콜-바나듐 복합체를 모방하여 외부 빛에 반응하는 접착성 나노폭탄을 개발하는 데 성공하였다. 국내 특허 등록을 통해 원천 지식재산권을 확보한 바 있는 이번 연구 결과는 헬스케어 분야의 세계적 권위의 학술지인 어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’의 표지(inside cover)논문으로 2021128일자에 게재되었다.

 

암은 복합적인 생물학적 경로를 통해 발생하기 때문에 한 가지의 약물로 치료하는 단독요법보다는 다양한 치료 메커니즘을 이용할 수 있는 복합요법이 주로 이용되고 있다. 하지만 체액이 존재하는 생체 내에서 여러 가지의 치료제를 암 부위에 국소적으로 동시에 전달하기에는 어려움이 있다.

 

조윤기 교수팀이 개발한 나노폭탄은 빛이 가해지는 국소적 부위에서 열 발생을 유도하여 광열치료가 가능하고, 발생한 열에 반응하여 항암 효과를 가진 일산화질소 기체를 생성할 뿐 아니라 항암제를 함께 방출함으로써 광열, 기체, 약물 치료를 포함한 삼중복합치료가 가능하다. 이뿐 아니라 본 나노폭탄의 접착성을 통해 암 부위에 장기간 유지될 수 있어 국소적이고 지속적인 치료효능을 얻을 수 있다.

 

기존의 광 감응성 약물전달 시스템은 주로 금, 탄소, 혹은 합성폴리머 기반 나노입자로 이루어져 체내에서 분해 및 배출이 어려워 독성의 위험성이 있거나 낮은 광열전환효율로 인해 충분한 치료효과를 얻기 어렵다는 한계가 있었다.

 

경북대-포스텍 공동연구팀이 개발한 광감응성 접착 나노폭탄은 멍게에서 빛과 전자이동에 관여하는 카테콜-바나듐 결합을 홍합단백질에 적용한 나노항암제로서, 근적외선을 가했을 때 5분 내로 50도까지 온도상승을 유도하였으며, 47% 정도의 우수한 광열전환효율을 나타내었다. 또한, 홍합접착단백질이 갖는 우수한 생체적합성과 생분해성으로 기존 광반응성 소재의 한계 중 하나인 안전성을 확보하였다.

 

이 나노입자에 온도 감응성 일산화질소 공여자와 항암제를 함께 담지하였을 때, 근적외선에 의해 발생한 광열효과에 의해 일산화질소 기체와 약물 방출이 효과적으로 일어나며 나노폭탄으로서의 적용 가능성을 확인하였다. 특히, 기체상태의 일산화질소는 체내에서 금방 분해되어 효과적인 항암 기능을 수행하는데 한계가 있는데 본 나노입자를 통해 빛으로 일산화질소 기체의 방출을 조절함으로써 항암치료제의 전달 효율을 높일 수 있다.

 

연구 결과, 전임상에서 광열치료의 단일요법에서는 투여 후 약 15일 이후부터는 종양 성장이 다시 일어난 반면, 삼중복합치료를 했을 때 약 한달간 종양의 관측이 어려울 정도로 지속적으로 종양성장을 억제하였다. 이는 하나의 나노입자로 다중 치료제를 국소적으로 투여 가능하고 하나의 자극으로 복합치료요법을 조절할 수 있어 암질환 환자에게 우수한 치료 효과를 보일 수 있다는 점에서 의미가 크다.

 

조윤기 교수는 이번에 개발한 광 감응성 접착 나노폭탄은 광열, 기체를 이용한 약물치료를 넘어 조영제를 담지한 나노테라노시스 소재로도 응용이 가능하므로, 실시간으로 모니터링 하면서 높은 치료효과를 가져올 수 있는 시스템으로 그 활용 범위를 확대하기 위한 연구를 진행중에 있다고 말했다.

 

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구사업과 우수신진연구사업, 한국연구재단이 지원하는 학문후속세대 지원사업의 일환으로 수행됐다.


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