신개념 나노 기술로 암 치료 효과 4배 향상… mRNA 치료제 효율 극대화

KAIST 연구진이 의료용 나노 소재에 카이랄성을 부여하는 신기술을 개발하여 항암 치료와 mRNA 기반 치료제의 효율을 혁신적으로 높이는 데 성공했다. 이를 통해 기존 치료 방식보다 4배 향상된 항암 효과를 입증했으며, 코로나19 백신과 같은 mRNA 치료제의 전달 효율도 크게 증가시켰다.

카이랄 나노 페인트 기술, 바이오 소재의 새로운 패러다임 제시

KAIST(총장 이광형) 신소재공학과 염지현 교수 연구팀은 나노 소재의 표면에 카이랄성을 부여할 수 있는 ‘카이랄 나노 페인트’ 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이 연구는 생명과학과 정현정 교수팀과의 협업을 통해 mRNA 전달용 지질전달체(Lipid Nanoparticle, LNP)에도 성공적으로 적용되었다. 연구 결과는 국제 학술지 ACS Nano와 ACS Applied Materials & Interfaces에 각각 게재되었다.

카이랄성(Chirality)은 거울에 비친 모습과 겹쳐지지 않는 성질을 의미하며, 인체 내에서도 특정 방식으로 작용하는 분자 구조의 중요한 특징이다. 연구팀은 이를 응용해 다양한 크기의 나노 소재 표면에 카이랄성을 부여하는 기술을 개발했다.

항암 치료 효과 4배 증가, 카이랄 자성 나노 입자의 힘

연구진은 카이랄 나노 페인트 기술을 이용하여 카이랄성을 지닌 자성 나노 입자를 합성하고, 이를 이용한 항암 온열 치료(온열 유도 치료)를 실험했다. 실험 결과, D-카이랄성을 가진 자성 나노 입자가 L-카이랄성 입자보다 암세포에 더 많이 흡수되었으며, 기존보다 4배 향상된 항암 치료 효과를 보였다.

이러한 차이는 나노 입자 표면의 카이랄성과 암세포 수용체 간의 선택적 상호작용 때문으로 분석됐다. 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션과 세포 실험을 통해 이 상호작용이 항암 치료 효율을 극대화하는 원리임을 규명했다. 이를 통해 카이랄성을 활용한 새로운 항암 치료 기술의 가능성이 열렸다.

mRNA 치료제 전달 효율 극대화, 차세대 유전자 치료 혁신

연구팀은 후속 연구로 카이랄 나노 페인트 기술을 mRNA 전달체인 지질전달체(LNP)에도 적용했다. 기존의 mRNA 기반 치료제는 세포 내에서 단백질을 직접 합성할 수 있도록 유전 정보를 전달하는 방식이지만, 전달체의 불안정성으로 인해 치료 효과가 제한적이었다.

카이랄 나노 페인트 기술을 이용해 D-카이랄성을 부여한 지질전달체를 제작한 결과, 기존보다 mRNA의 세포 내 발현 효율이 2배 이상 증가했다. 이는 카이랄 선택적 상호작용을 통해 세포 내부로 더욱 효과적으로 전달되었기 때문으로 분석됐다.

이 연구 결과는 국제 학술지 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재되었으며, mRNA 백신 및 유전자 치료제의 효율성을 높이는 데 있어 새로운 패러다임을 제시한 것으로 평가받고 있다.

KAIST 연구팀은 이번 연구를 통해 바이오 나노 소재의 성능을 크게 향상시키고, 다양한 크기 및 형태를 가진 혁신적 나노 소재 합성 방법론을 제시했다. 이번 기술은 항암 치료뿐만 아니라 차세대 약물 전달 시스템, 바이오 센서, 촉매 및 나노 효소 등 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다.

염지현 교수는 “카이랄 나노 페인트 기술이 의료용 나노 소재의 생체 적합성과 체내 안정성을 크게 향상시키는 혁신적인 접근 방식이 될 것”이라며 “앞으로 암, 코로나19 등 다양한 질병을 예방하고 치료할 수 있는 차세대 바이오 플랫폼 개발을 지속할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 연구 지원을 받아 수행되었으며, 향후 바이오 및 의료 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

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