한국연구재단은 성균관대학교 박재형 교수 연구팀이 질환 조직 내 특이적 자극에 감응해 혈관 확장 신호전달 기체를 발생할 수 있는 생체적합성 고분자 기반의 나노입자를 개발했다고 밝혔다.

주요 사망원인인 암, 심장질환, 뇌혈관질환 등은 신생혈관 관련 질환으로서 혈행 장애가 수반되고, 단순 정맥주사 시 약물의 전달 효율이 10% 미만이어서 치료효과가 제한적이다. 이러한 한계를 극복하기 위해 히스타민, 산화질소 등의 혈관 확장 유도 물질을 병용해 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 인해 원하는 부위에서 최적화된 기능을 수행하는 데 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 증진됐으며, 약물전달 효율이 높아지면서 우수한 항암 치료효능이 확인됐다.

나노입자는 암 조직에만 특이적으로 축적되고 흡수된다. 이들은 혈관에서 순환할 때는 반응하지 않고 세포 내 글루타치온에 감응해 산화질소와 항암제를 방출한다. 종양 부위에서만 국소적으로 혈류량이 증가하기 때문에 기존 혈관 확장제가 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 약물전달 시스템을 개발한 것”이라며, “생체적합성이 우수한 소재를 이용해 혈행 장애의 개선 및 약물의 동시 전달이 가능한 원천기술로서, 향후 신생혈관 형성이 관여된 다양한 질환에 확대 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(선도연구센터, 중견연구자)의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters) 4월 11일자에 논문명 ‘Intracellularly activatable nanovasodilators to enhance passive cancer targeting regime’, 박재형 교수(교신저자, 성균관대학교), 비라시쿠고팔 디파간 박사(공동 제1저자, 성균관대학교), 고혜원(공동 제1저자, 성균관대학교), 권승리 박사(성균관대학교), 비제이카메스와라 라오 박사(성균관대학교), 김상균 박사(대구경북첨단의료산업진흥재단), 엄우람(성균관대학교), 이소희(성균관대학교), 민지웅(성균관대학교), 이정진(성균관대학교), 최기영 박사(성균관대학교), 신솔(성균관대학교), 서민아 교수(성균관대학교) 등으로 게재됐다.