암세포만 골라 죽이는 나노입자 치료법 연구

[아이뉴스24 최상국 기자] 암세포에 들어가면 결정이 뭉쳐서 커지는 나노입자를 활용해 암세포만 선택적으로 파괴하는 새로운 항암 치료법이 제시됐다.

13일 UNIST 자연과학부의 바르토슈 그쥐보프스키 특훈교수(IBS 첨단연성물질연구단 그룹리더) 연구팀은 세포 환경에 따라 결정화 현상이 달라지는 나노입자를 이용해 정상세포에는 영향을 주지 않으면서 암세포만 골라 죽이는 방법을 개발했다고 발표했다.

연구팀이 설계한 나노입자는 세포 소기관인 ‘리소좀(Lysosome)’ 내부로 침투하는데, 암세포의 리소좀에서만 결정이 커져 암세포를 죽이는 원리다.

리소좀은 세포 내에서 ‘재활용 쓰레기통’ 역할을 하는 주머니 형태의 기관이다. 세포에서 못 쓰게 된 다른 기관을 분해해 다시 단백질을 만들거나, 바이러스 같은 외부 물질을 파괴하는 활동도 모두 이곳에서 일어난다. 리소좀에 침투한 나노입자 결정이 커지면 리소좀 주머니 벽이 파괴되면서 안에 있던 ‘쓰레기’들이 새어나오고 결국 세포가 파괴된다.

연구팀은 암세포 주변이 산성이라는 점에 착안해, 산성에서 결정이 점점 더 커지는 특성을 가진 나노입자를 설계했다. 실험에 사용된 나노입자는 금(Au) 나노입자 표면에 양이온과 음이온을 8대2의 비율로 결합했다.

크리스티아나 그쥐보프스카 교수(공동교신저자) 교수는 “암세포는 산성을 띠므로 나노입자가 잘 뭉치는 데다, 암세포는 그 기능이 비정상적이라 큰 결정으로 자란 나노입자를 배출하기 힘들어 결국 사멸한다. 또한 세포 내 리소좀으로 나노입자가 들어가기 위해서는 세포막으로 나노입자가 들어오는 직접침투가 아닌 세포 내 섭취작용이 잘 일어나게 해야 하는데, 나노입자 표면의 양이온과 음이온 비가 8대 2일 때 덩어리 크기가 적당해 잘 운반됐고, 사멸 효과도 높았다”고 설명했다. 연구진은 또 거대한 나노입자 결정을 품은 암세포의 리소좀 내부에서는 세포 성장을 담당하는 신호 단백질(mTORC1)의 작용이 억제되는 현상을 발견했다. 이 단백질은 정상세포에서 더 활성화된다. 따라서 해당 단백질이 리소좀 벽의 파괴와 암세포 사멸에 영향을 줬다고 예상할 수 있다.

바르토슈 그쥐보프스키 교수는 “고장난 암세포는 세포 주변이 산성이고 이물질 배출도 어렵다는 특징을 역으로 활용해 암세포를 죽일 수 있다는 점에서 흥미롭다”며, “앞으로 동물실험을 진행해 항암치료제로서 가능성을 추가로 살필 것”이라고 연구계획을 밝혔다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 수행됐으며, '네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)' 3월 16일자에 게재됐다. (논문명: Targeted crystallization of mixed-charge nanoparticles in lysosomes induces selective death of cancer cells)