IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문·POSTECH 화학과 교수)이 항암제를 둘러싸는 나노 전달체를 개발하고 근적외선 레이저를 조사해 항암제 방출 정도를 조절하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

항암 치료의 어려운 점은 정상 세포는 그대로 두고 암 세포에만 항암제가 방출될 수 있도록 하는 기술이다. 강한 항암제가 정상세포에 부작용을 초래할 수 있기 때문인데, 원하는 세포에만 선택적으로 항암제를 전달해야 항암 치료 효과를 극대화 할 수 있다.

연구단은 호박 모양의 분자인 쿠커비투릴 유도체가 수용액 상에서 작은 주머니 형태의 소포체를 스스로 형성하는 성질에 착안, 소포체 내부의 빈 공간에 항암제를 넣어 항암제 전달체로 만드는 데 성공했다.

쿠커비투릴 유도체(Mono-allyloxylated Cucurbit[7]uril)는 속이 빈 호박 모양의 나노사이즈 화합물인 쿠커비투릴을 화학적으로 변형한 유도체다. 수용액 상태에서 비누와 같은 계면활성제처럼 물과 섞이지 않고 소포체를 형성한다. 그러나 세포 내에서 레이저에 노출되면 글루타티온과 결합해 소포체의 구조가 해체돼 더 이상 주머니 형태를 띠지 않아 내부에 담고 있던 항암제를 방출하게 된다.

연구단은 항생제 일종인 독소루비신(Doxorubicin)을 담고 있는 나노 소포제 수용액을 암세포에 처리하면 세포가 이들을 흡수함을 확인했다. 암세포에 근적외선 레이저를 조사한 결과 세포 내부로 흡수된 나노 소포체들은 레이저에 반응하며 해체되고 내부에 있던 항생제가 방출되면서 암세포 사멸로 이어졌다.

사용된 근적외선은 2개의 광자가 하나의 광자처럼 기능하는 이광자 레이저로 가시광선 레이저에 비해 생체 조직에 대한 투과력이 높으면서 일반 단백질에 대한 변성률이 낮아 부작용이 적은 게 강점이다.

특히 근적외선 레이저 조사 시간과 강도에 따라 암세포 사멸 정도도 달라졌다. 레이저를 더 긴 시간 강한 세기로 조사할수록 암세포 사멸 속도도 빨라졌다. 레이저로 항암제 방출 정도를 자유롭게 조절하는 것은 물론 항암제 전달체로서 활용성을 증명한 셈이다.

김기문 단장과 박경민 연구위원은 "이번 개발로 항암 치료 효과를 극대화하는 나노 재료로 활용될 것으로 기대된다"면서 "이번 연구에서 고안한 광민감성 쿠커비투릴 유도체는 향후 화학 항암제를 적용하는 암 치료의 발전에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 독일 응용화학회지(Angewandte Chemie International Edition, IF 11.994) 온라인판에 독일시간으로 지난 1월 29일에 게재됐다.