'비침습적 치료법' 동물모델, 생존기간 최대 2.7배↑
가톨릭대학교 서울성모병원과 포항공과대학교(포스텍) 공동 연구진이 주사 대신 코로 흡입하는 형태의 새로운 뇌종양 치료제를 개발한다.
양승호 서울성모병원 신경외과 교수와 포스텍 박성민 IT융합공학과 교수·김원종 화학과 교수 공동 연구진은 코를 통해 항암 나노입자를 투여한 뒤, 자기장으로 악성 뇌종양 교모세포종까지 정밀 유도하는 새로운 약물 전달 방식을 개발했다고 11일 밝혔다. 동물 모델에 적용한 결과 유의한 생존 연장 효과를 확인했으며, 관련 내용은 국제학술지 '약물 전달과 중개연구'(Drug Delivery and Translational Research)에 게재됐다.
교모세포종은 전체 원발성 중추신경계 악성 종양의 약 65%를 차지하는 난치성 암이다. 국내에서 매년 약 1000명의 신규 환자가 나오지만 평균 생존 기간은 약 15개월에 불과하다. 국가암정보센터에 따르면 10년 생존율은 5.3%로, 예후가 극히 불량하다.
핵심 치료제인 경구 투여제 '테모졸로마이드'(TMZ)는 치료 효율이 낮고 면역억제 등 전신 부작용 발생도 보고되고 있다. 뇌를 보호하는 혈액-뇌 장벽(BBB)이 약물 침투를 가로막고 있기 때문이다.
이번 연구는 이 같은 약물 전달의 한계를 극복하기 위해 시작됐다. 연구진은 △뇌와 직접 연결된 후각신경이 코에서 뇌 실질로 이어지는 자연스러운 통로가 된다는 점 △자성을 띤 나노입자는 외부 자기장으로 이동 방향을 조절할 수 있다는 점에 주목했다.
연구진은 TMZ를 약 56nm(나노미터) 크기의 초상자성 산화철 나노입자(SPION)에 결합한 복합체 'TMZ-SPION'로 합성, 코를 통해 투여했다. 이후 경두개자기자극(TMS)을 통해 뇌종양 부위까지 유도하는 방식을 설계했다. SPION은 해외에서 임상 연구 허가를 받은 거의 유일한 나노입자로, 연구진은 철인 SPION을 자기장으로 제어할 수 있다고 판단했다.
TMZ-SPION 복합체는 세포 실험 결과 기존 약물과 동등한 종양 세포 사멸 효과를 보였다. 전자현미경 분석에서는 나노입자가 종양세포 핵 내부까지 고르게 분포하는 것이 확인됐다.
동물실험에서는 교모세포종 쥐 모델에 해당 복합체를 투여 후 90일간 생존을 추적한 결과, 중앙 생존 기간은 각각 27일(대조군), 51일(복합체 단독 투여군), 72일(복합체 투여 후 경두개자기자극 적용군)로 나타났다. 아무런 치료를 진행하지 않은 대조군 대비 복합체 투여 후 경두개자기자극 적용군이 약 2.7배, 단독 투여군이 약 1.9배의 생존 기간 연장 효과를 보였다는 게 연구진의 설명이다.
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투여 용량도 줄었다. 병용군에 사용된 약물 용량은 기존 경구 표준 투여량의 약 5.6%(18분의1) 수준이었다. 뇌 조직 속 약물 농도를 극미량까지 정밀 측정하는 분석 기술인 LC-MS/MS(액체 크로마토그래피-탠덤 질량분석법) 검사에서도 해당 투여방식 적용군의 뇌 실질 내 약물 농도가 미적용군보다 유의하게 높았다. 경두개자기자극이 약물의 뇌 내 전달과 잔류를 실질적으로 끌어올린 점이 증명된 것이다.
양승호 서울성모병원 감마나이프센터장(대한나노의학회 회장)은 "TMZ는 뇌 투과율이 약 20%로 타 약제에 비해 높은 수준"이라며 "처음 시도하는 플랫폼을 검증하기 위해 표준 약제인 TMZ에 대한 실험을 진행했고, 이를 토대로 뇌 투과율이 낮은 약제를 대상으로 추가 실험을 준비 중"이라고 말했다.
이어 "비침습적인 이 방식은 혈액-뇌 장벽을 효과적으로 우회하면서도 전신 면역억제 등 기존 항암 치료의 부작용을 크게 줄일 수 있다는 점에서 임상적 의의가 있다"고 전했다. 현재 연구진은 중추신경계 임파종 모델 관련, 고독성 항암제가 연구진이 보유한 플랫폼에서 작동하는지를 알아보는 실험도 진행 중이다.
