▲ 조은애 교수

체내 병변부위 특이적 혈관확장을 유도하여 약물전달 효능을 개선시킬 수 있는 소재를 성균관대 박재형 교수 연구팀이 개발했다.

한국연구재단은 박 교수팀이 질환 조직 내 특이적 자극에 감응하여 혈관확장 신호전달 기체를 발생할 수 있는 생체적합성 고분자 기반의 나노입자를 개발했다고 밝혔다.

암, 동맥경화, 심장질환, 뇌혈관질환 병변부위의 신생혈관은 정상혈관과 달리 혈관 벽의 구조가 불규칙하고 부실하며, 혈액 내 생체분자에 대한 투과성이 높은 특징이 있다.

이로 인해 혈행 장애가 수반되고, 단순 정맥주사 시 약물의 전달효율이 10% 미만이어서 치료효과가 제한적이다.

이러한 한계를 극복하기 위해 히스타민, 산화질소 등의 혈관확장 유도 물질을 병용하여 약물전달 효율을 증가시키는 방법이 떠오르고 있다.

신생혈관은 기존의 혈관으로부터 새로운 혈관이 형성되는 과정으로, 태아의 성장 및 상처 치유를 위한 생리적 혈관신생과 질환 조직에서 관찰되는 병리적 혈관신생이 있다.

산화질소(NO)는 생체 내에서 세포막 투과를 통해 확산되면서 다양한 생물학적 기능을 하며, 특히 혈관을 확장시킴으로써 혈관의 항상성 유지에 관여하기도 한다. 그러나 1초 미만의 짧은 반감기로 인하여 원하는 부위에서 최적화된 기능을 수행하는데 한계가 있다.

연구팀은 표적 부위에 축적된 후 특정 자극에 의해 선택적으로 산화질소를 방출할 수 있는 고분자 기반의 나노입자를 고안했다.

개발한 나노입자를 암이 유발된 동물모델에 정맥주사로 투여했을 때 암 조직의 혈관이 확장되고 혈관 투과성이 증진되었으며, 약물전달 효율이 높아지면서 우수한 항암 치료효능이 확인되었다.

나노입자는 암 조직에만 특이적으로 축적되고 흡수된다.

이들은 혈관에서 순환할 때는 반응하지 않고 세포 내 글루타치온에 감응하여 산화질소와 항암제를 방출한다. 종양 부위에서만 국소적으로 혈류량이 증가하기 때문에 기존 혈관확장제가 일으키는 혈압 감소, 두통 등의 부작용을 예방할 수 있다.

박재형 교수는 “이 연구는 원하는 부위에 도달한 후, 주변 혈관을 확장시킴으로써 나노입자 스스로의 전달 효율을 증가시키도록 환경을 재구성하는 약물전달시스템을 개발한 것이다”라며, “생체적합성이 우수한 소재를 이용하여 혈행 장애의 개선 및 약물의 동시 전달이 가능한 원천기술로서, 향후 신생혈관 형성이 관여된 다양한 질환에 확대응용이 가능할 것으로 기대된다”고 설명했다.

이 연구 성과는 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters) 4월 11일자 논문으로 게재되었다. (논문명 : Intracellularly activatable nanovasodilators to enhance passive cancer targeting regime)