후두암 치료제 활용 가능 세포막 유래 나노입자 개발

의대 성학준 교수(의학공학) 연구팀

의대 성학준 교수(의학공학) 연구팀이 후두암에서 후두 보전이 가능한 치료제로 사용할 수 있는 세포막 유래 나노입자를 개발했다. 이번 연구 결과는 ‘Advanced Materials(IF 30.849)’에 최근 게재됐다.

후두암의 경우 수술로 후두를 절제하기 때문에 수술 후 후두를 감싸고 있는 방패 연골과 갑상 연골 등 연골 재생이 필요하다. 연골 재생에는 세포막 유래 나노입자(CMNP)를 통한 세포 간 상호작용이 필수다.  

연구팀은 CMNP가 세포 간 상호 작용을 증가시키는 역할을 밝히기 위해 후두암 세포와 골수 유래 줄기세포를 CMNP로 처리한 후 배양했다. 세포 간 접착력을 향상해주는 단백질이 보존된 CMNP로 처리한 경우 그렇지 않은 대조군에 비해 세포 간 접착력이 1.5배 높아져 세포 재생, 분화 등으로 연골 분화가 촉진됐다. 하지만 암을 유발하는 저산소유도인자 발현도 1.8배 많아지는 것으로 나타났다.

연구팀은 이에 착안해 세포 성장과 조직 재생 등의 효과는 남기고 암 발생 등 부작용을 최소화하는 새로운 세포막 유래 나노입자(CMNP_PEG_apt)를 개발하고 후두암에서 치료 효과를 확인했다. 암 성장을 촉진하고 연골 분화를 저해하는 노치1 신호를 억제할 수 있는 압타머(aptamer)를 CMNP에 접합해 암세포 사멸을 유도했다. 

새로운 나노입자의 항암 효과를 확인하기 위해 후두암 세포에 나노입자를 3일 동안 처리한 뒤 암세포 사멸과 관련된 유전자 발현을 실시간 유전자 증폭 검사로 분석했다. 연구 결과 나노입자를 처리한 군에서는 암세포를 사멸하는 유전자 발현이 처리하지 않은 대조군에 비해 4.9배 많아졌다.

연골 재생 효과도 높았다. 연구팀은 골수 중간엽 줄기세포(BMSC) 펠릿(pellet)에 나노입자를 21일 동안 주입해 연골 분화 시 생성되는 세포 외 기질의 양을 분석했다. 나노입자를 처리한 군에서 처리하지 않은 대조군과 비교해 세포 외 기질의 생산이 5.7배 많았다.

연구팀은 후두암을 발현시킨 마우스 실험을 통해 나노입자의 후두암 치료 가능성을 확인했다. 28일 동안 관찰한 결과 나노입자를 투입한 마우스 군의 암 크기와 비교해 아무것도 주입하지 않은 대조군의 암 크기는 약 1.8배에 이르는 것으로 나타났다. 조직 평가에서도 성적이 우수했다. 나노입자 투입군의 암 성장 억제율은 2.15배 높았고 후두 연골의 손상도 8배 감소했다.

성학준 교수는 “연구는 향후 후두암뿐만 아니라 다양한 암에 적용해 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.