박우람, 박천권 교수 연구팀, 전기자극으로 암세포 사멸 유도하는 신규 면역항암 치료법 개발

- 의공학 재료 분야 국제학술지, 케미컬 엔지니어링 저널에 게재

▲ (왼쪽부터) 박우람 교수(성균관대, 융합생명공학과), 박천권 교수(성균관대, 글로벌바이오메디컬공학과), Daishun Ling 교수(중국 상해교통대), 한준혁 박사(성균관대, 융합생명공학과), 서희승 학생(성균관대, 글로벌바이오메디컬공학과), 이지영 학생(중국 저장대), 및 Zheng Chen 학생(중국 저장대)

우리 대학 연구진이 국제 공동연구를 통해 전기자극으로 암의 철 의존성 세포 사멸을 유도하는 나노탄환을 이용하여 암 치료가 가능한 신규 면역항암 치료법을 개발하는 데 성공했다.

▲ 전기자극에 의한 나노탄환에서 철 이온 방출 및 이를 이용한 종양 면역 치료 모식도

이 나노탄환은 자성을 띤 나노 입자와 비타민 C의 일종인 아스코르브산을 리포좀이라는 구조 안에 넣은 형태이다. 특수한 전기자극 기술을 암세포에 적용하면, 나노탄환에서 아스코르브산이 방출되어 자성 나노 입자를 철 이온으로 변화시킨다. 전기자극은 동시에 암세포 표면에 구멍을 만들어 철 이온이 세포 안으로 잘 들어가고 축적되도록 돕는다. 이 과정은 면역세포도 자극하여 활성화하는 효과가 있다. 이를 통해 암세포 내 철 이온 농도를 높여 암세포 사멸을 유도하는 페롭토시스(Ferroptosis) 라는 현상을 효과적으로 일으킬 수 있다. 또한 MRI 영상 기술을 이용해 치료 과정도 모니터링할 수 있다.

연구진은 생쥐의 유방암과 대장암 모델에서 나노탄환과 비가역적 전기천공법*을 함께 사용하는 병용요법의 항암 효과를 평가했다. 종양에 나노 입자를 주사하고 전기자극을 적용하니 암세포 사멸 기전인 페롭토시스가 유도되었다. 연구팀은 병용요법은 종양의 성장을 억제하고 생존 기간을 늘렸으며, 면역세포의 활성도 높였고 우수한 항암 효과를 보여주었다고 평가하였다. 연구진은 전기자극으로 철 이온을 방출하는 시스템이 향후 다양한 고형암 환자 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

* 비가역적 전기천공법(Irreversible electroporation; IRE): 강한 전기장을 이용해 암세포의 세포막에 구멍을 내어 암을 죽이는 새로운 종양 절제 기술이다. 이 방법은 주변 혈관과 조직의 손상 없이 암세포만 선택적으로 제거할 수 있다.

우리 대학 박우람, 박천권 교수는 “생체재료, 면역학, 의료영상학, 약물전달학 등 다양한 분야를 융합한 접근법으로 우수한 면역항암 병용 치료법을 개발했다”고 설명하며 “암 환자에게 도움이 되는 새로운 의료기술 개발을 목표로 다기능성 약물전달시스템에 대한 연구를 이어갈 것”이라고 향후 연구 계획을 밝혔다.

공동연구에 참여한 중국 상해교통대학교의 Daishun Ling 교수도 “좋은 연구 결과를 얻어 기쁘다”며, “앞으로도 활발한 국제공동연구를 통해 우수한 성과를 내겠다”고 포부를 전했다. 이번 연구는 국제공동연구로 여러 연구 분야를 아우르는 접근 방식을 통해 새로운 항암 치료법을 개발했다는 데 의의가 있다. 공동연구팀은 앞으로도 국제 공동연구를 토대로 암환자에게 실질적 도움이 되는 의료기술 개발에 박차를 가할 것이라고 밝혔다.

이번 연구는 우리 대학 융합생명공학과 박우람 교수 연구팀(한준혁 박사), 우리 대학 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀(서희승 학생)과 중국 상해교통대학교 Daishun Ling 교수(이지영 학생, Zheng Chen 학생)가 공동으로 수행하였다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 및 한국과학기술연구원(KIST)-성균관대학교(SKKU) 융합연구단이 추진하는 연구사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 의공학 재료 분야 케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 지난 5월 1일 게재되었다.

※ 논문제목: An electro-ferroptotic nanoammunition enables image-guided, spatiotemporally controlled cancer ferroptosis induction via irreversible electroporation

※ 저널: Chemical Engineering Journal（Impact factor: 15.1, JCR 상위: 3.24%)

※ 게재일: 2024년 5월 1일

※ 저자정보 제1저자: 한준혁(성균관대학교), 서희승(성균관대학교), 이지영(중국 저장대학교), Zheng Chen(중국 저장대학교), 교신저자: 박천권(성균관대학교), 박우람(성균관대학교), Daishun Ling(중국 상해교통대학교)

※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150366