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▲ 구희범 교수, 박지선 박사, 이예은 연구원
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가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 합성생물학사업단 구희범 교수(교신저자, 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실)와 박지선 박사(공동 제1저자), 이예은 연구원(공동 제1저자) 공동 연구팀이 암세포를 mRNA로 공격할 수 있는 새로운 치료 방법을 제시했다.
연구팀은 암세포가 스스로 죽도록 만드는 유전자를 mRNA(전령 리보핵산) 형태로 전달하는 ‘지질 나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP)’를 개발하고, 이를 활용해 폐 전이암 모델에서 항암 효과를 확인했다.
mRNA와 지질 나노입자는 코로나19 백신으로 최근 큰 주목을 받았고, 항암 치료 연구에도 적용되고 있지만, 주로 암백신의 형태로 근육 주사를 통해 주입되는 경우들만이 대부분이었다. 이는 정맥주사를 통하여 암세포에 항암 유전자를 전달하기 어렵다는 점이 문제였으며, 지금까지 발견되어 온 다양한 항암 유전자의 응용을 제한해 온 부분이었다.
구희범 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 최적화된 지질 나노입자를 활용했다. 지질은 쉽게 말해 ‘기름 성분’인데, 이 성분으로 아주 작은 입자를 만들어 그 안에 유전물질인 mRNA를 넣는다.
mRNA는 세포 안에서 단백질을 만들도록 지시하는 역할을 하는데, 연구팀은 여기에 ‘암세포가 스스로 죽도록 유도하는 단백질 두 종류를 만드는 설계도’를 담았다. 이렇게 만들어진 지질 나노입자는 특정 장기(폐)에만 도착하도록 설계되어, 다른 정상 장기를 건드리지 않고 암세포에만 영향을 주도록 했다.
구 교수 연구팀이 활용한 전략은 단순히 하나의 신호를 전달하는 것이 아니라, 두 가지 다른 경로로 암세포의 자멸(apoptosis, 세포가 스스로 죽는 과정)을 유도하는 것이다. 그 첫 번째가 TRAIL(외부에서 신호를 보내 암세포가 죽도록 만드는 단백질)이며, 두 번째는 BAK(세포 내부에서 자살 명령을 내려 세포가 죽게 하는 단백질)이다. 특히, 이러한 단백질들은 정상세포가 아닌 암세포에서 더욱 효과적이라는 점을 이용하였다.
연구팀은 TRAIL과 BAK을 동시에 발현하도록 mRNA를 설계했다. 즉, 암세포에 ‘밖에서’도 죽으라는 신호를 보내고, ‘안에서’도 자살 프로그램을 작동시키는 이중 전략을 사용한 것이다. 이 덕분에 항암 효과는 단일 유전자만 사용했을 때보다 훨씬 크게 나타났다.
실험 결과, 폐 전이암 모델에서 지질 나노입자를 이용한 mRNA 전달이 암세포 성장을 억제하고 전이를 막는 데 효과적이라는 사실이 확인됐다. 이는 mRNA 기반 항암치료의 새로운 가능성을 보여준 사례로 평가된다.
이번 연구는 단순히 실험실 수준에서 끝나는 것이 아니라, 향후 다양한 암 치료 분야에 응용될 수 있는 잠재력을 보여준다. 특히, 최근 코로나19 백신을 통해 대중에게 알려진 mRNA 기술이 이제는 암 치료까지 확장될 수 있다는 점에서 의미가 크다.
구희범 교수는 “이번 연구는 정맥주사를 통해 주입된 지질나노입자로 암세포에 mRNA를 직접 전달해 공격할 수 있는 가능성을 보여준 것”이라며, “앞으로 지질 나노입자와 mRNA 기술을 결합한 치료 전략이 폐암뿐 아니라 다른 암종에도 적용될 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 밝혔다.
이번 연구는 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단을 비롯해 △중견연구 △유전자편집·제어·복원기반기술개발사업 △박사과정생 연구장려금 지원사업 등의 지원을 받아 수행되었고, 국제 학술지 《Chemical Engineering Journal》(IF=13.2) 온라인판에 게재되었고 오는 10월호에 실릴 예정이다.
이번 연구는 항암치료에 대한 정밀한 이해를 바탕으로, 정확히 필요한 곳에만 약을 전달하는 기술이 암 치료에 있어 큰 가능성이 될 수 있다는 점에서 의료계의 주목을 받고 있다. 암은 여전히 우리 사회에서 큰 두려움의 대상이다. 하지만 이번 연구처럼 기초과학과 의학 연구가 맞닿아 융합했을 때, 암을 극복할 수 있는 새로운 길이 열리게 될 것이다.
[노용석 기자] ys339@daum.net
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