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나노 입자로 혈관확장 유도, 항암 치료 효과↑ 부작용↓

박재형 성균관대 교수 연구팀, 생체적합성 고분자 기반 나노 입자 개발
혈관 확장 유도형 나노입자의 화학적 구조와 산화질소 기체에 따른 작용기전 모식도.<사진=한국연구재단>혈관 확장 유도형 나노입자의 화학적 구조와 산화질소 기체에 따른 작용기전 모식도.<사진=한국연구재단>

체내 병변 부위의 혈관 확장을 유도해 약물 전달 효능을 개선할 수 있는 소재가 개발됐다.

한국연구재단은 박재형 성균관대 교수 연구팀이 질환 조직 내 특이적 자극에 감응해 혈관 확장 신호전달 기체를 발생할 수 있는 생체적합성 고분자 기반의 나노입자를 개발했다고 17일 밝혔다.

암이나 심장질환, 뇌혈관질환 등은 병리적 혈관신생으로 혈행 장애가 수반되는데 단순 정맥 주사 시 약물 전달 효율이 10% 미만이라 치료 효과가 제한적이다.

이러한 한계를 극복하기 위해 히스타민, 산화질소 등 혈관 확장 유도 물질을 병용해 약물 전달 효율을 증가시키는 방법이 떠오르고 있다.

그중 산화질소(NO)는 생체 내에서 세포막 투과를 통해 확산되면서 다양한 생물학적 기능을 한다. 특히 혈관을 확장시킴으로써 혈관의 항상성 유지에 관여하기도 한다. 하지만 1초 미만의 짧은 반감기로 원하는 부위에서 최적화된 기능을 수행하는데 한계가 있다.

연구팀은 표적 부위에 축적된 후 특정 자극에 의해 선택적으로 산화질소를 방출할 수 있는 고분자 기반의 나노입자를 고안했다. 개발한 나노입자를 암이 유발된 동물모델에 정맥주사로 투여한 결과 암 조직의 혈관이 확장되고 혈관 투과성이 증진됐다. 약물 전달 효율이 높아지면서 항암 치료 효능도 확인 됐다.

특히 나노입자는 암 조직에만 특이적으로 축적되고 흡수돼 혈관에서 순환할 때 반응하지 않고 세포 내 글루타치온에 감응해 산화질소와 항암제를 방출한다. 종양 부위에서만 국소적으로 혈류량이 증가하기 때문에 기존 혈관확장제가 일으키는 혈압감소, 두통 등의 부작용을 예방할 수 있다.

이번 성과는 혈관확장제 주입 후 순차적으로 약물 주입 단계를 거칠 필요없이 질환 조직 선택적 혈관확장과 약물 동시 전달이 가능한 생체적합성이 우수한 소재 기반의 원천 기술을 확보하게 됐다는 평가다.

박재형 교수는 "이 연구는 원하는 부위에 도달한 후 주변 혈관을 확장, 나노입자 스스로의 전달 효율을 증가시키도록 환경을 재구성하는 약물전달시스템을 개발한 것"이라면서 "생체 적합성이 우수한 소재를 이용해 혈행 장애 개선과 약물 동시 전달이 가능한 원천기술"이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(선도연구센터, 중견연구자) 지원으로 수행됐다. 결과는 국제학술지 나노레터스 11일자 논문에 게재됐다.
 
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