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  • 액체 금속 나노터미네이터로 약물전달등록일 : 2015/12/04
  • 암 세포를 목표로 하는 생분해성 액체 금속(liquid metal)을 이용해 약물을 전달하는 새로운 기술이, 노스캐롤라이나 주립대학(North Carolina State University) 및 캘리포니아 대학(University of North Carolina) 연구팀에 의해 개발되었다. 액체 금속을 이용한 약물전달 기법은 항암제의 효과를 향상시킬 것으로 기대되고 있다.

    본 연구의 교신저자이자 노스캐롤라이나 주립대학 조교수인 Zhen Gu는, 핵심은 약물을 전달하는 효과성을 향상시킬 수 있는 약물전달 기술의 개발이며, 의사들이 종양의 위치를 찾아내는데 도움을 주고, 대량으로 생산될 수 있으며, 매우 낮은 독성에 완전히 생분해성이라는 점이라고 강조하였다. 본 기술의 장점 중 하나는 이런 액체 금속 약물 운반체 혹은 나노터미네이터(nano-terminators)가 제조가 매우 용이하다는 점이다.

    나노터미네이터를 제조하기 위해, 연구팀은 갈륨 인듐 합금(gallium indium alloy)으로 이루어진 액체 금속을 고분자 리간드(polymeric ligand)라고 불리는 두 가지 종류의 분자를 포함하는 용액에 투입하였다. 이 용액을 초음파 처리하는데, 이로 인해 액체 금속이 대략 지름이 100나노미터 정도의 액적 형태로 파열된다. 용액 내 리간드는 벌크 상태의 액체 금속에서 이탈될 때 액적의 표면에 부착하게 된다. 반면, 산화된 표면(oxidized skin)이 나노액적(nanodroplet)의 표면에 형성된다. 이 산화된 표면은 리간드와 함께 나노액적이 서로 다시 융합되는 것을 억제한다.

    이후 항암제인 독소루비신(doxorubicin, Dox)을 용액에 첨가한다. 나노액적 상의 리간드 중 하나가 이 독소루비신을 흡수하여 지탱하게 된다. 약물을 포함한 나노액적을 용액에서 분리한 후 혈류 내로 주사하면 된다.

    나노액적 상의 두 번째 리간드는 효과적으로 암 세포를 찾아내며, 암 세포 표면 상의 수용체(receptor)가 나노액적 상에 들러붙도록 한다. 이후 암 세포는 나노액적에 흡수된다. 일단 흡수되면, 암 세포 내의 높은 산성도로 인해 나노액적의 산화된 표면이 용해된다. 이때 리간드가 방출되며, 세포 내에서 독소루비신을 방출하게 된다.

    산화된 표면과 리간드가 없어지면, 나노액적은 서로 융합되어 더 큰 크기의 액체 금속을 형성하게 된다. 이렇게 커진 액적은 진단 도구를 활용해 상대적으로 쉽게 검출이 가능해짐으로써, 잠재적으로 의사들의 종양의 정확한 위치를 찾아내는데 도움을 줄 수 있다고 노스캘롤라이나 대학 교수이자 본 연구의 공동저자이기도 한 Michael Dickey는 설명하였다.

    반면, 액체 금속은 암 세포 내의 산성 환경에서 반응을 지속하고 갈륨 이온을 용해하여 방출한다. 흥미로운 것은 이 갈륨 이온이 항암제의 성능을 향상시킨다는 점이다. 또한 약물 저항성 세포에 대한 약물의 효과성도 향상시키는 것으로 나타났다. 게다가, 이 과정은 점차적으로 금속을 분해하면서 장기적인 독성을 최소화한다.

    In vitro 실험을 바탕으로, 연구팀은 액체 금속이 며칠 내로 완전히 분해되어 인체가 성공적으로 흡수하고 걸러낼 수 있는 형태로 되며 눈에 띄는 독성이 없었다고 Gu 교수의 실험실 박사과정 학생인 Yue Lu는 설명하였다.

    연구팀은 개발한 액체 금속 기술을 실험용 쥐 모델을 대상으로 실험하였으며, 그 결과 난소암 세포의 성장을 억제하는데 독소루비신을 단독으로 사용하는 것보다 훨씬 효과가 뛰어난 것을 발견하였다. 중요한 것은, 90일까지 실험용 쥐를 추적한 결과 액체 금속과 관련된 어떤 독성 징후가 없었다는 점이다.

    본 연구는 개념 증명적 성격의 연구이지만 매우 고무적이다. 공상과학영화인 터미네이터와 같이, 이 운반체는 변형이 가능하다. 덩어리에서 분쇄된 상태로 암 세포 내로 보내지면 결국 분해되어 제거된다. 연구팀은 잠재적으로 임상실험에 사용할 수 있도록 더 많은 동물연구를 추가적으로 수행할 예정이다.

    본 연구결과는 Nature Communications지에 "Transformable liquid-metal nanomedicine”라는 제목으로 게재되었다.

    그림 1> 액체 금속 약물전달 시스템에 대한 설계
    (a) LM-NP/Dox-L의 제조과정. (b) LM-NP/Dox-Ld의 주요 성분(thiolated CD with Dox, HA-based targeting motif 및 EGaIn core). (c) LM-NP/Dox-L에 의한 pH 반응성 약물전달로 목표로 하는 암 치료를 위한 핵에 도달하도록 한다. (d) 산에 의해 유도되는 LM-NP/Dox-L의 융합 및 분해과정. (e) MUA-CD 및 m-HA의 화학적 구조

    그림 2> 액체 금속 나노구체의 특성분석
    (a) 에탄올 혼합물을 포함하는 리간드에 초음파를 이용해 분산시킨 EGaln. (b) 동적 광산란으로 측정한 LM-NP/Dox-L의 크기 분포. 삽입그림: LM-NP/Dox-L의 투과전자현미경 사진으로 스케일 바의 크기는 100nm. (c) 다른 pH 수준에서 LM-NP/Dox-L의 방출 프로파일. (d) 산성 PBS 버퍼용액에서 서로 다른 시간 후에 측정한 LM-NP/Dox-L의 대표적인 투과전자현미경 사진.

    원문정보: Nature Communications, dx.doi.org/10.1038/NCOMMS10066

  • 키워드 : 나노터미네이터, 암 세포, 액체 금속
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑