박우람 교수 연구팀, 페롭토시스 기반 차세대 광역학 항암 지질나노입자 개발

- 암세포의 항산화 방어체계를 무력화시켜 치료 저항성 극복

- 암 치료 분야에 새로운 패러다임 제시 기대

▲(왼쪽부터)성균관대 박우람 교수, 배가현 박사과정생, 및 신승용 박사과정생 

융합생명공학과 박우람 교수 연구팀이 빛을 이용해 암세포를 선택적으로 파괴하는 차세대 광역학 항암 지질나노입자를 개발했다. 이번 연구는 기존 광역학치료(Photodynamic therapy, PDT)의 한계였던 종양 미세환경 내 항산화 방어기전과 저산소 상태로 인한 활성산소 반응 효율 저하, 그리고 세포 사멸 경로의 제한으로 인한 치료 저항성 문제를 극복하기 위해 수행되었다. 연구팀은 광과민성 지질나노입자를 통해 암세포의 항산화 방어능력을 억제하고, 치료 저항성 문제를 해결할 수 있는 전략을 확립했다. 

지질나노입자는 지질 분자가 자가조립해 형성된 나노미터 크기의 입자로, 유전자나 약물을 세포 안으로 안전하게 전달할 수 있는 생체적합성 전달체이다. 이러한 지질나노입자는 최근 코로나 19 mRNA 백신의 핵심 전달체로 활용되며, 항암 유전자치료 등 다양한 바이오의약품 개발에 널리 활용되고 있다.

연구팀은 지질나노입자의 주요 구성 성분인 콜레스테롤을 광과민성 콜레스테롤 유도체로 일부를 치환하여, 입자 자체가 특정 파장의 빛에 반응해 활성산소를 생성하는 치료형 지질나노입자로 설계했다. 여기에 암세포 생존에 관여하는 항산화 효소 유전자 GPX4*를 억제하는 siRNA**를 함께 탑재하여, 암세포 내부의 방어체계를 근본적으로 차단하고 강력한 산화 스트레스를 유도했다. 

*GPX4 유전자: 세포 내 지질 산화를 억제해 세포막을 보호하는 항산화 효소로, 기능이 억제되면 지질 과산화가 축적되어 페롭토시스 (ferroptosis) 라는 특수한 세포사멸이 유도됨

**siRNA: 특정 유전자의 발현을 선택적으로 억제하는 RNA 간섭(RNA interference) 기술 기반의 짧은 이중 가닥 RNA

▲ 방사선 민감화와 유전자 침묵화를 동시에 구현하는 이중 기능성 하프늄 나노 플랫폼의 작용 메커니즘 개략도

이렇게 개발된 광과민성 지질나노입자는 암세포 내부에서 효율적으로 유전자를 전달하고, 광조사시 대량의 활성산소를 생성하여 암세포의 자가 방어체계를 무력화시켰다. 유방암 세포주를 이용한 세포실험에서 강력한 세포사멸 효과가 확인되었고, 생쥐 유방암 모델에서도 종양 성장 억제와 우수한 생체 안전성이 입증되었다. 이번 연구는 기존 광역학치료의 항산화 방어 한계를 극복함과 동시에, 비아폽토시스성 세포사멸인 페롭토시스를 활성화시켜 치료 저항성을 극복한 지질나노입자 기반 플랫폼이라는 점에서 학문적 의의가 크다. 

박우람 교수는“이번 연구를 통해 개발된 광과민성 지질나노입자 플랫폼은 단순한 유전자 전달체를 넘어, 자체 치료 기능을 갖춘 차세대 항암 나노플랫폼으로 발전할 수 있음을 보여주었다”며, “앞으로 정맥투여가 가능한 표적형 시스템으로 확장한다면 난치성 암 치료 분야에 새로운 전환점을 마련할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 바이오메디컬 엔지니어링 분야 국제학술지인 어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)에 11월 12일 온라인 게재되었다.

※ 논문명: Photosensitizing Lipid Nanoparticles for Ferroptosis-Enhanced Photodynamic Cancer Therapy via GPX4 Silencing

※ 저널: Advanced Healthcare Materials

※ DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.202503748