KAIST, 암 치료 효과 높인 레이저 치료 기술 개발

KAIST, 암 치료 효과 높인 레이저 치료 기술 개발

기존 광역학 치료제(Photodynamic Therapy, 이하 PDT) 단점 보완

근적외선 형광물질 개발

암세포 표적 치료에 활용

  국내 연구팀이 기존 광역학 치료제(Photodynamic Therapy, 이하 PDT)의 단점을 보완한 근적외선 형광물질을 개발했다. 기존 치료법의 단점 및 부작용을 개선해 암세포 표적 치료에 활용할 수 있으리란 기대다. 

KAIST는 생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 근적외선 형광물질 기반의 PDT를 개발했다고 16일 밝혔다. PDT는 약물이나 유전자가 아닌 빛을 이용하는 치료법으로, 레이저를 특정 부위에 쬐어 산소를 활성산소로 변화시켜 세포의 자가 사멸을 유도하는 기술이다.

완성된 물질의 화학구조 (위쪽), 미토콘드리아 타게팅 효과 (왼쪽), 및 레이저에 따른 활성산소종 생성 (오른쪽)을 보여주는 

그래프. -KAIST 제공

PDT는 피부병 치료 등에 지금도 많이 활용되고 있지만, 기존 PDT 조영제의 경우 오히려 암세포 유전변형이 발생해 치료효과 감소 등 부작용이 나타날 수 있다. 치료효과를 극대화하기 위해선 원하는 위치에 많은 물질을 전달하는 것이 중요하다. 

PDT 조영제로 인해 만들어진 활성산소는 미토콘드리아의 막을 공격해 세포 사멸을 일으킨다. 암세포의 미토콘드리아 막은 일반 세포에 비해 전위차가 높아 양전하의 소수성 물질이 더 잘 투입되는 특성이 있다.

연구팀은 이러한 PDT 조영제 효과를 극대화하기 위해 미토콘드리아를 표적화하는 트리페닐포스포늄, PDT 증강제인 브롬화물, 그리고 용해도 증가를 위한 아민 그룹으로 구성된 물질을 개발했다.

연구팀은 이 물질을 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입한 후, 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도했다. 그 결과 효과적으로 표적 치료가 이루어지는 사실을 확인했다. 

연구팀이 개발한 물질은 근적외선 영역에서의 흡광 및 발광을 통한 662nm(나노미터) 영역 레이저를 사용한다. 이를 통해 밀리미터 깊이 수준의 투과성을 지닌다. 기존 가시광선 조영제가 마이크로미터 수준의 깊이를 보인 것과 비교하면 100배 이상 감도가 우수한 셈이다.

Advanced science 3월 25일자 표지 -Advanced science 제공

연구를 주도한 KAIST 바이오및뇌공학과 노일구 박사과정 연구원은 “암세포 미토콘드리아에 오래 머물러 있어 레이저를 조사했을 때 원하는 부분에만 부작용 없이 효과적 치료가 가능하다는 장점이 있다”며 “치료 후 독성이 없이 분해돼 기존 조영제의 단점을 극복할 수 있을 것”이라고 설명했다.

김유천 교수는 “기존에 이용되는 진단 및 치료제를 한 단계 더 발전시킨 새로운 플랫폼을 개발해 부작용을 최소화하고 다양한 질병을 치료하는 데 유용하게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 3월 25일자 표지논문으로 게재됐다.

동아사이언스

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