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KAIST '튜불린' 활용 암세포 죽이는 약물전달체 TNT 세계 첫 개발
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KAIST '튜불린' 활용 암세포 죽이는 약물전달체 TNT 세계 첫 개발
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  • 승인 2020.08.24 13:25
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(왼쪽부터) 김진주 박사과정, 이준철 박사과정, 전상용 교수, 최명철 교수© 뉴스1


(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 바이오및뇌공학과와 생명과학과 공동연구팀이 항암제의 표적단백질을 전달체로 이용하는 역발상 연구결과를 내놨다.

항암제를 이용한 암 치료에 새로운 가능성이 열릴 전망이다.

24일 KAIST는 Δ김진주·이준철 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 Δ전상용·최명철 교수가 공동 교신저자로 참여한 이같은 연구결과가 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 8월20일자 표지논문으로 게재됐다고 밝혔다.

연구진에 따르면 미세소관은 `튜불린(tubulin)' 단백질로 이루어진 긴 튜브 형태의 나노구조물이다. 미세소관을 표적으로 하는 항암약물 ‘미세소관 표적치료제’는 임상에서 다양한 암의 치료에 활용되고 있다.

 

 

 

 

 

항암제가 탑재된 TNT(튜불린 나노 튜브)가 만들어지는 과정© 뉴스1

 

 


이들은 암세포 미세소관에 결합해 앞서 언급한 끈 역할을 방해함으로써, 암세포의 분열을 억제, 결국 사멸을 유도한다.

튜불린 단백질에는 이 약물이 강하게 결합하는 고유의 결합자리(binding site)가 여럿 존재한다.

연구진은 이 점에 착안해 표적물질인 튜불린 단백질을 약물전달체로 사용한다는 획기적인 아이디어를 세계 최초로 구현했다.

공동연구팀은 튜불린 나노튜브(Tubulin-based NanoTube), 약자로 TNT로 명명한 전달체를 개발하고 항암 효능을 실험으로 확인한 것이다.

TNT라는 이름에는 암치료를 위한 폭발물이라는 의미도 담고 있다.

미세소관 표적치료제는 TNT에 자발적으로 탑재된다. 약물 입장에서는 세포 내 미세소관에 결합하는 것과 다를 바가 없기 때문이다.

이는 항암제마다 적합한 전달체를 찾아야 했던 기존의 어려움을 해소해준다. 즉 TNT는 미세소관을 표적으로 하는 모든 약물을 탑재할 수 있는 잠재력을 가진‘만능 전달체’인 셈이다.

연구진은 먼저 튜불린 단백질에 블록 혼성 중합체인 PEG-PLL을 섞어 기본적인 TNT 구조를 만들었다.

여기서 튜불린은 빌딩 블록, PEG-PLL은 이들을 붙여주는 접착제이다. 그 다음, 도세탁셀, 라우리말라이드, 그리고 모노메틸아우리스타틴 E 3종의 약물이 TNT에 탑재됨을 보였다.

이 약물들은 실제 유방암, 두경부암, 위암, 방광암 등의 화학요법에 활용되고 있는 항암제들이다.

연구팀은 또 탑재되는 약물의 종류와 개수에 따라 TNT의 구조가 변할 뿐 아니라 약물전달체로써 물리·화학적 특성도 달라진다는 사실을 밝혀냈다.

이는 TNT가 탑재하려는 약물에 맞춰 자발적으로 형태를 변형하는‘적응형 전달체’임을 보여주고 있다.

연구팀은 특히 항암제가 탑재된 TNT가 엔도좀-리소좀 경로(endo-lysosomal pathway)로 암세포에 들어가 뛰어난 항암 및 혈관 형성 억제 효과를 보인다는 점을 세포 및 동물을 대상으로 한 실험을 통해 확인했다.

 

 

 

 

 

 

 

항암제가 탑재된 TNT(튜불린 나노 튜브)의 항암 및 혈관 형성 억제 작용 과정© 뉴스1

 

 


적응형 만능 약물전달체가 성공적으로 구현이 가능했던 배경에는 연구진이 보유한 튜불린분자 제어기술력 때문이다.

연구진은 튜불린 단백질을 일종의 레고블록으로 보았다. 블록의 형태를 변형하고 쌓아 올리는 방식을 제어하여, 튜브 형태의 구조체를 조립하는 노하우를 축적해왔다.

연구팀은 이번 연구에서 포항방사광가속기의 소각 X-선 산란장치를 이용해 TNT 구조를 나노미터(nm, 10억 분의 1미터) 이하의 정확도로 분석했다.

공동연구팀은 "이번 연구결과는 지금까지 학계에 보고되지 않은 완전히 새로운 방식의 약물전달체를 구현했다는 점에서 의미가 크다ˮ고 밝혔다.

그러면서 "TNT는 현재까지 개발된, 또 향후 개발예정인 미세소관 표적치료제까지 운송할 수 있는 범용적인 전달체“라며 ”다양한 항암제들의 시너지 효과를 기대할 수 있는 `플랫폼 전달체'가 될 것ˮ이라고 강조했다.

 

 


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