경희대학교(총장 김진상) 의과대학 김도경 교수 연구팀이 빛에 반응해 형광을 발산하며 암세포를 선택적으로 파괴하는 경구 투여 가능한 신규 물질인 ‘NBSD-Chol’을 개발했다. 연구 결과는 「Lipoprotein-inspired in Situ Activatable Photo-Theranostic Nitrobenzoselenadiazole-Cholesterop for Overcoming Glioblastoma」라는 제목의 논문으로 바이오센서 분야의 세계적 학술지 『Biomaterials』(IF=12.8, JCR=상위 2.1%)에 게재됐다.
경희대 의과대학 김도경 교수는 콜레스테롤 기반의 광감각제를 개발해 종양 제거 후 잔여 세포도 사멸시킬 수 있는 새로운 물질을 개발했다.
사망률 높은 ‘교모세포종’ 표적 치료 가능한 신규 물질 개발
암은 전 세계적인 주요 사망 원인 중 하나다. 특히 중추신경계에 발생하는 교모세포종(Glioblastoma, GBM)과 같은 난치성 암은 치료가 어렵고 환자 삶의 질도 심각하게 낮춘다. 교모세포종의 치료를 위해서는 수술적 기법과 화학 요법을 병행한다. 수술에서는 뇌의 복잡한 구조와 생물학적 중요도를 반영해 국소 절개를 시행한다. 수술의 난도가 높다. 뇌-혈관 장벽으로 인해 약물 치료 효율도 극히 낮다. 재발률이 높고 사망 사례도 많아서 예후가 안 좋은 암으로 꼽힌다.
‘형광 유도 수술(Fluorescence-Guided Surgery, FGS)’는 형광물질을 활용해 종양이나 병변을 실시간으로 시각화하는 기술이다. 종양 절개의 안정성과 정확도를 높이는 수술 방법이다. 미국 식품의약품청(FDA)이 현재 승인한 형광유도 수술용 형광 탐침자는 Fluorescein, Indocyanine green, 5-aminoleyulinic acid(5-ALA) 등이 있다. 현재의 형광 유도 수술은 종양 제거 후 잔여 세포에 의한 재발 방지에 한계가 있다. 신뢰할 수 있는 치료법 개발이 필요한 시점이다.
의과대학 김도경 교수 연구팀이 콜레스테롤 기반의 광감각제(Photosensitizer)를 개발해 종양 제거 후 잔여 세포를 사멸시킬 수 있는 새로운 물질을 개발했다. 연구팀은 혈액 내 콜레스테롤 분자가 지질단백체를 형성하고 교모세포종에 과발현된 ‘저밀도 지단백질 수용체(Low-Density Lipoprotein Receptor, LDLR)’에 결합해 세포로 들어가는 점에서 착안해 새로운 물질을 개발했다.
김도경 교수는 혁신적 광유도 항암 치료제인 ‘NBSD-Chol’을 개발했다. 사진은 (가) NBSD-Chol의 나노입자 구조(TEM 이미지)-TEM 이미지 통해 NBSD-Chol 입자가 균일한 구조, 나노스케일에서 안정적 형성 (나) 세포 생존율 그래프-빛을 쪼였을 경우 항암 효과가 획기적으로 증가함 (다) 생쥐 모델에서 수술한 후 종양 재발 여부-형광 유도술을 통해 종양 위치가 형광으로 시각화 됨. 가운데, 백색등만 사용한 일반 수술로 2, 4주 후 종양 재발, 오른쪽은 500nm LED로 광조사하며 수술 시행 사진으로 종양 재발이 없음
암 치료제 개발을 넘어 중개의학에도 기여, 후속 연구 기대
연구팀은 광감응성 화합물인 ‘니트로벤조셀레나디아졸(Nitrobenzoselenadiazole, NBSD)’과 콜레스테롤을 기반으로 새로운 물질을 설계했다. 이 물질은 특정 빛의 작용에서 활성화된다. 경구 복용 후에는 장에서 흡수돼 혈류 내에서 100㎚ 정도로 작은 지질체를 형성한다. 이 과정에서 교모세포종에 과발현된 저밀도 지단백질 수용체와 결합해 교모세포종 세포 내로 쉽게 침투할 수 있다. 주목할 점은 이 물질이 빛에 반응해 암세포를 선택적으로 사멸시킬 수 있도록 활성화되는 점이다.
이번 연구는 단순한 암 치료제 개발을 넘어 중개의학(Translational Medicine) 분야에 대한 기여 의미도 있다. 연구팀은 개발한 물질을 통해 차세대 수술 기술과 ‘광역동 형광 유도 수술제(Photodynamic Fluorescence-Guided Surgery Agent)’의 가능성을 제기했다. 광역동 형광 유도 수술제는 형광 유도 수술과 광역학 치료 기능을 동시에 수행할 수 있는 이중 기능성 광감각제를 의미한다. 연구를 통해 기존 수술법의 잔여 세포 재발이란 한계를 뛰어넘어 교모세포종 극복 기회가 생겼다.
김도경 교수는 “2023년부터 시작한 연구가 이제 마무리됐다. 새로운 연구 개념을 소개하고 이를 입증할 수 있는 다양한 데이터를 확보함에 어려움이 있었다. 공동 연구자들의 노력으로 좋은 결과를 도출할 수 있었다”라며 공동 연구자들에게 고마운 마음을 전했다. 이어 “이번 연구 결과를 바탕으로 초미세형광분자와 지질단백체를 융합한 교모세포종 영상화 및 치료 소재 개발과 임상학적 적용 연구 등의 후속 연구가 더욱 활발하게 진행될 것으로 기대한다”라며 연구의 의의를 밝혔다.
이번 연구는 보건복지부 의료수요연계형 중개연구사업 및 바이오의료기술개발사업의 지원으로 진행됐다.
