연세대 의과대학 의학공학교실 성학준 교수 연구팀은 세포 간 상호작용에 관여하는 세포막 유래 나노입자를 암 치료제로 활용할 수 있는 가능성을 발견했다고 28일 밝혔다.
이번 연구 결과는 재료 과학 분야 저명 학술지인 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, IF 30.849) 최신 호에 게재됐다.
세포 간 상호작용은 세포의 성장분화, 조직의 재생 등을 돕지만 암 발생, 전이에도 영향을 미친다. 세포막 유래 나노입자(cell membrane derived nanoparticle, CMNP)는 세포 간 상호작용에 관여하는 물질로 재생의공학 분야의 주요 관심 연구 주제다. 하지만 CMNP의 물질적 특징을 분석한 연구는 많았지만 세포와 CMNP의 관계를 밝힌 연구는 적었다.
성학준 교수 연구팀은 세포 성장과 조직 재생 등 효과는 남기고 암 발생 등 부작용을 최소화하는 CMNP를 만들고 후두암에서 치료 효과를 확인했다.
후두암은 수술을 통해 후두를 절제하기 때문에 수술 후 후두를 감싸고 있는 방패 연골과 갑상 연골 등 연골 재생이 필요하다. 연골 재생에는 CMNP을 통한 세포 간 상호작용이 필수다. 그동안 후두암 환자가 후두 절제 수술을 받으면 음식을 삼키기 힘들고 목소리를 잃는 등 삶의 질이 크게 떨어졌었다.
연구팀은 CMNP가 세포 간 상호작용을 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 발현이 1.8배 많아졌다. 저산소유도인자 발현이 높을수록 암세포가 잘 성장한다.
연구팀은 암 성장과 전이를 막는 새로운 세포막 유래 나노입자(CMNP_PEG_apt)를 개발했다. 노치1 신호를 억제하는 압타머(aptamer)를 CMNP에 접합해 암세포 사멸을 유도했다. 노치1 신호는 혈관을 새로 만들어 암 성장을 촉진하고, 연골 발생 초기에 콜라겐 생성 활동을 방해해 연골 분화를 저해한다.
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 크기는 아무것도 주입하지 않은 대조군에 비해 약 1.8배 작았다.
조직 평가에서도 성적이 우수했다. 나노입자 투입군의 암 성장 억제율은 2.15배 높았고 후두 연골의 손상도 8배 감소했다.
성학준 교수는 “지금까지 CMNP 연구는 물질 자체의 특성 밝힌 분자생물학적 연구에 한정돼 있었지만 이번 연구를 통해 세포와 CMNP의 관계와 구조 범위로 연구 분야가 확장될 것”이라며 “노치1 신호를 억제하는 압타머를 접합한 나노물질이 암 성장을 억제한다는 것이 확인돼 향후 후두암뿐만 아니라 다양한 암에 적용해 치료제로 활용될 수 있을 것”고 말했다.
