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  • 암을 치료하는데 도움을 주는 폭발하는 나노입자등록일 : 2015/12/06
  • 오하이 주립대학의 Comprehensive Cancer Center의 연구진은 근적외선 레이저 광에 노출될 때 팽창해서 폭발하는 새로운 나노입자를 개발했다.

    이러한 ‘나노폭탄(nanobomb)’은 암 세포 속의 유전자의 활성을 변화시킴으로써 작용제의 발현을 막는 생물학적 배리어를 극복할 수 있을 것이다. 이런 작용제는 암 세포를 완전히 죽이거나 그들의 성장을 멈출 수 있을 것이다.

    유전자 발현을 변화시키는 작용제의 종류들은 일반적으로 RNA의 형태를 가지고, 그들은 약물로서 적용하기가 어렵다. 첫째, 그들은 혈류 속에 존재할 때 쉽게 분해된다. 이 연구에서, 종양 세포를 표적하는 나노입자 속에 그들을 패키징함으로써 이런 문제를 해결했다.

    저널 Advanced Materials에 게재된 최근 연구에서, 나노폭탄은 다음과 같은 두 번째 문제를 해결할 수 있을 것이라는 것이 제안되었다. 암 세포가 일반적인 나노입자들을 흡수할 때, 그들은 엔도좀(endosome)이라고 불리는 작은 구획으로 에워싸이게 된다. 이것은 약물 분자들이 표적에 도달하는 것을 방해하고, 곧 분해되게 한다.

    치료제와 함께, 이런 나노입자들은 기화되는 화학물질을 포함한다. 이런 화학물질은 근적외선 레이저광에 노출될 때 크기가 3배 이상으로 팽창하게 한다. 엔도좀이 폭발하고, RNA 작용제가 세포 속에 분산된다.

    “마이크로RNA와 같은 유전자 조절 작용제를 암 세포에 전달하기 위해서 나노입자들을 사용할 경우에, 가장 어려운 점은 나노입자가 엔도좀으로 인한 컴파트먼트(compartment)를 피할 수 없다는 것이다. 엔도좀은 세포가 입자들을 흡수할 때 이것을 에워싼다”고 이 연구를 이끌었던 Xiaoming 조교수가 말했다.

    “우리는 중탄산 암모늄(ammonium bicarbonate)이 포함된 나노입자들을 개발함으로써 이런 문제를 극복했다고 믿고 있다. 중탄산 암모늄은 근적외선 광에 나노입자가 노출될 때 기화되는 작은 분자이고, 나노입자와 엔도좀이 폭발해서 치료용 RNA가 방출되게 한다”고 그는 설명했다. 이번 연구진은 동물 모델 속에 인간 전립선 암 세포와 인간 전립선 종양을 사용했다. 나노입자는 암 줄기 세포(cancer stem-like cell, CSC)를 표적하기 위해서 사용된다. 이것은 줄기 세포의 특성들을 가진 암 세포이다. CSC는 치료를 방해하고 암 발현과 재발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.

    나노입자 속의 치료제는 miR-34a라고 불리는 마이크로RNA의 형태로 존재한다. 이번 연구진은 CSC 생존율에 중요하고 화학 요법과 방사선 치료를 방해하는 단백질 수준을 낮출 수 있기 때문에 이런 분자를 선택했다.

    이 나노입자들은 중탄산 암모늄을 캡슐화했다. 이것은 베이킹 속에 종종 사용되는 팽창제이다. 근적외선 레이저광은 중탄산 암모늄의 증발을 유도하고, 1센티미터의 깊이까지 조직을 침투할 수 있다. 더 깊은 종양의 경우에, 최소 침습 수술을 사용해서 빛을 전달할 수 있다.

    이 연구의 핵심 기술은 다음과 같다:
    1. 중탄산 암모늄을 가진 나노입자들은 근적외선 레이저로 활성화될 때 3배 이상까지 퍙창한다. 이것은 체온에서 약 100nm의 지름을 가지고 43도에서 300 nm 이상까지 확대된다. 엔도좀은 지름이 150~200nm이다.
    2. 나노입자는 CSC를 위한 우수한 친화력을 가졌다.
    3. miR-34a 나노폭탄은 인간 전립성 종양을 가진 동물 모델에서 종양 부피를 상당히 감소시켰다.

    이 연구결과는 저널 Advanced Materials에 “A Near-Infrared Laser-Activated “Nanobomb” for Breaking the Barriers to MicroRNA Delivery“ 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/adma.201504263).

    그림. 이번 연구진이 만든 나노입자의 모형도.

  • 키워드 : , 나노입자, 폭발
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑