DNA 나노구조체 이용한 항암 치료기술 개발

아주경제 박정수 기자 = 미래창조과학부와 기초과학연구원(IBS)은 복잡계 자기조립 연구단의 김원종 그룹리더(포스텍 화학과 교수) 연구팀이 암세포를 만났을 때만 약물 및 유전자를 전달하고 치료 효과도 획기적으로 높일 수 있는 원리를 규명하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

연구진은 세포 내 pH(수소이온 농도지수)를 감응해 지능적으로 치료제와 유전자를 전달할 수 있는 나노입자 DNA 구조체를 개발하고, 암세포에 항암제 전달 및 약재 내성 억제를 통해 항암치료 효과를 획기적으로 향상시킬 수 있는 원리를 밝혀냈다.

이를 활용하면 나노입자의 불명확한 전달의 한계를 극복하고 암 세포 부위에만 찾아가 약물 및 약재 내성 억제 유전자를 방출시켜 질병세포의 사멸을 유도할 수 있다. 앞으로 나노입자를 이용한 의약학, 보건의료, 암치료 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대를 모으고 있다.

연구진은 금 나노입자에 pH 감응형 DNA(이하 i-motif DNA)와 상보적 결합을 하는 DNA, 치료 유전자인 안티센스 DNA(antisense DNA)를 붙여 조건에 따라 거동을 조절하는 지능적인 DNA 나노머신을 개발했다.

i-motif DNA가 낮은 pH 조건에서 모양을 변형해 분리되는 성질을 가지는 점에 착안해 i-motif DNA에 상보적 서열이 접합된 나노입자의 군집을 만들고, 세포사멸을 유도하는 핵산(antisense DNA)을 금 나노입자의 표면에 붙였다.

이런 금 나노입자는 세포 밖의 중성 pH에서는 DNA의 상보적 결합에 의해 나노입자 군집을 만들다가, 세포 안으로 들어가면 세포 내 엔도솜(endosome)의 낮은 pH에 감응해 서로 흩어지면서 내부에 담지한 약물을 전달한다는 사실을 규명했다.

또 금 나노입자가 서로 흩어지며 접합된 안티센스 DNA가 약물에 내성을 보이는 유전자의 발현을 억제한다는 사실을 확인했다.

이는 정상세포까지 공격하여 문제됐던 기존 방식과 달리 특정 크기로 조절 가능한 나노입자의 군집을 만들어 암세포에만 특이적으로 축적되고 암세포 내부에서 특정 자극에 의해서만 흩어지고 약물 및 유전자를 방출하기 때문에 암 치료시 부작용을 낮출 수 있다.

이번 성과는 미국화학회가 발간하는 나노분야의 세계적 권위저널 에이씨에스 나노지(ACS Nano, IF 12.033, JCR 상위 5.33%) 최근 온라인에 논문을 게재했다.