코로 투여하는 항암 나노입자, 악성 뇌종양 생존율 획기적 향상

[이데일리 이순용 의학전문기자] 가톨릭대학교 서울성모병원 신경외과 양승호 교수, 포스텍 IT융합공학과 박성민 교수, 포스텍 화학과 김원종 교수 공동연구팀은 코를 통해 항암 나노입자를 투여한 다음, 자기장으로 악성뇌종양 교모세포종까지 정밀 유도하는 새로운 약물 전달 방식을 개발하여 동물 모델에 적용한 결과 유의한 생존 연장효과를 확인했다고 밝혔다.

교모세포종은 성인 원발성 악성 뇌종양 중 가장 흔한 유형으로, 전체 원발성 중추신경계 악성 종양의 약 65%를 차지하는 난치성 암이다. 중앙암등록본부에 따르면 국내에서 매년 약 1,000명이 새롭게 진단되고 있으며, 표준 치료를 받더라도 평균 생존기간은 약 15개월에 불과하다. 국가암정보센터 통계에서도 10년 생존율이 5.3%에 그칠 만큼 예후가 극히 불량한 것으로 알려져 있다.

현재 교모세포종 치료의 핵심 약물인 테모졸로마이드(Temozolomide)는 경구 투여약제로, 투약 후 치료 효율이 낮고 면역억제 등 전신 부작용도 뒤따르는 것으로 알려졌다. 그 핵심적인 이유는 생물학적으로 뇌를 보호하는 혈액-뇌 장벽(BBB, Blood-Brain Barrier)이 약물 침투를 가로막는 문제로, 연구팀은 이 같은 약물 전달의 한계를 극복하는 데서 출발했다.

연구팀이 주목한 것은 두 가지 아이디어의 결합이었다. 뇌와 직접 연결된 후각신경이 코에서 뇌 실질로 이어지는 자연스러운 통로가 된다는 점, 그리고 자성을 띤 나노입자는 외부 자기장으로 이동 방향을 조절할 수 있다는 점이다. 연구팀은 테모졸로마이드(TMZ)를 약 56nm 크기의 초상자성 산화철 나노입자(SPION, Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticle)에 결합한 복합체(TMZ-SPION)로 합성해 코를 통해 투여한 뒤, 경두개자기자극(TMS, Transcranial Magnetic Stimulation)을 활용해 뇌종양 부위까지 유도하는 방식을 설계했다.

세포 실험에서 TMZ-SPION 복합체는 기존 약물과 동등한 종양 세포 사멸 효과를 보였으며, 전자현미경 분석에서는 나노입자가 종양세포 핵 내부까지 고르게 분포하는 것이 확인됐다. 동물실험에서는 교모세포종 모델 마우스에 해당 복합체를 투여해 90일간 생존을 추적한 결과, 중앙 생존기간은 각각 27일 (대조군), 51일 (복합체 단독 투여군), 72일 (복합체 투여 후 경두개자기자극 적용군)의 결과를 보였다. 이는 아무런 치료를 진행하지 않은 대조군과 비교했을 때, 복합체 투여 후 경두개자기자극 적용군의 경우 약 2.7배, 단독 투여군도 약 1.9배의 생존기간 연장 효과를 보이는 결과였다.

특히 눈여겨볼 대목은 투여 용량이다. 병용군에 사용된 약물 용량은 기존 경구 표준 투여량의 약 5.6% (18분의 1) 수준에 불과했다. 그럼에도 불구하고 상당한 수준의 생존 연장 효과가 확인됐으며, 뇌 조직 속 약물 농도를 극미량까지 정밀 측정하는 분석 기술인 LC-MS/MS(액체 크로마토그래피-탠덤 질량분석법) 검사에서도 해당 투여방식 적용군의 뇌 실질 내 약물 농도가 미적용군보다 유의하게 높아, 경두개자기자극이 약물의 뇌 내 전달과 잔류를 실질적으로 끌어올렸음이 객관적으로 증명됐다.

서울성모병원 감마나이프센터장이자 대한나노의학회 회장으로도 활동중인 양승호 교수는 “비침습적인 코를 통한 투여 경로와 경두개자기자극을 결합한 이 방식은 혈액-뇌 장벽을 효과적으로 우회하면서도 전신 면역억제 등 기존 항암 치료의 부작용을 크게 줄일 수 있다는 점에서 임상적 의의가 있는 것으로 평가된다”며 “교모세포종을 장기적으로 관리 가능한 질환으로 전환하는 데 기여할 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

이번연구는 약물 전달 분야 국제학술지 (Drug Delivery and Translational Research)에 게재되었다.

동물실험을 통해 교모세포종 모델 마우스에 주사 대신 코로 흡입하는 TMZ-SPION 복합체를 투여한 결과 생존기간 연장 효과를 확인했다.