▲ 근적외선(NIR) 유발 약물-광열 치료를 위한 3D 프린팅 나노약물 방출 총알의 개요도 / PLA/Ti 필라멘트를 사용해 3D프린팅한 총알 모양의 나노약물 전달 플랫폼에 상변화 물질과 항암 나노약물을 주입하여 나노약물 방출 총알을 제조하였다. 암 부위에 근적외선을 조사하여 나노약물 전달 플랫폼에서 나노약물을 방출을 유발한다.(그림 및 설명=가톨릭대학교 이현 박사)  © 특허뉴스

암 조직을 타겟으로 항암약물을 방출해 치료하는 암 표적 총알을 국내 연구진이 개발했다.  

한국연구재단은 가톨릭대학교 정현도 교수, 성균관대학교 박우람 교수 공동연구팀이 X-선 영상을 통해 암의 위치를 확인하면서, 근적외선을 통해 항암제 제어방출 및 광열 치료를 동시에 적용할 수 있는 신개념 항암치료용 임플란트인 약물방출 총알을 개발했다고 밝혔다. 

광열 치료(photothermal therapy)는 정상세포보다 열에 약한 암세포의 약점을 이용해 체외에서 근적외선 레이저를 쪼여 암세포를 태우는 치료법으로, 정상조직의 손상 없이 암세포만 선택적으로 없앨 수 있어 주목받고 있다. 

암 치료를 위해 보통 외과적 수술 외에 항암제, 방사선 치료 등을 하지만 각 치료법마다 부작용과 한계점이 따른다. 

항암제를 이용한 화학 요법의 경우, 항암제가 정상 세포에도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 부작용을 줄이기 위해 표적지향형 약물방출이 가능한 다양한 접근방식이 연구되고 있다.

차세대 암 치료 기술로 주목받고 있는 광열 치료는 화학 요법, 방사선 치료와 달리 암 조직만 선택적으로 사멸할 수 있어 전 세계적으로 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 다른 치료 방법과 병행했을 때 더 효과를 발휘할 수 있어 각 치료법의 장점을 결합한 치료법 개발이 요구되는 상황이다.

공동연구팀은 근적외선에 반응해 약물방출과 광열 치료를 동시에 수행할 수 있는 다기능 나노약물 플랫폼을 개발했다. 플랫폼의 핵심이 되는 총알 형태의 임플란트는 암 조직에 침투시켜 근적외선을 조사하면 나노약물을 방출하는 방식으로 설계되었다.

특히 총알의 소재는 식물 등 재생가능한 원료로부터 합성 가능한 생분해성 고분자 소재인 ‘폴리락트산’과 티타늄으로 구성된 생분해 소재를 활용해 3D 프린팅으로 제조했고, 항암제를 상변화물질(물질의 상태가 변하면서 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 물질)과 함께 총알 형태의 임플란트 내부에 탑재했다.

사용된 3D 프린팅 소재는 근적외선을 적용하면 발열하는 특성이 있으며, X-선 불투과성이 있어 X-선 촬영을 통한 영상 유도 광열치료가 가능하다. 또한 상변화물질과 함께 탑재된 약물은 광열치료 시 발생하는 열로 약물방출을 조절할 수 있다.

이렇게 개발한 나노약물 방출 총알은 전임상실험을 통해 암 크기 감소 효과를 확인했고, 카테터를 이용한 국소 전달 기능도 검증했다.

공동 교신저자인 정현도 및 박우람 교수는 “질병과 싸우고 사람 살리는 총알을 개발했다”며, “본 플랫폼을 항암치료뿐만 아니라 조직재생, 당뇨, 관절염 등 다양한 질병에 적용해 혁신적인 난치성 질환 치료제를 개발 할 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.

이번 연구 결과는 화학공학분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 11월 3일 온라인 게재되었다. 

논문명은 3D-printed NIR-responsive bullets as multifunctional nanodrug platforms for image-guided local chemo-photothermal therapy 이다.