약학과 윤유석 교수와 연구팀은 광견병 바이러스의 생체를 모방한 금나노막대(gold nanorods) 연구로 뇌종양 표적치료제 및 광열치료법을 개발했다. 뇌종양(교모세포종)은 평균 생존율이 14.6개월로 암 중에서도 매우 위험한 종이며, 뇌의 치밀한 내피구조(혈액-뇌장벽, blood-brain barrier) 때문에 현재까지 많은 연구자들이 뇌종양 치료제 개발에 많은 어려움을 겪어 왔다. 연구팀은 뇌를 둘러싼 혈액-뇌장벽을 우회하여 뇌종양에 도달할 수 있는 금나노막대를 사용했으며, 이를 통해 암 부위에 근적외선(near infrared)을 조사하고, 온도를 상승시켜 종양을 사멸하는 광열치료 요법을 제시했다. 

연구팀은 광견병을 유발하는 바이러스(rabies virus)의 크기, 모양 및 표면 등 생체특징을 세밀하게 모방한 금나노막대 구조를 설계하여, 뇌종양으로의 표적성을 높일 수 있는 나노구조를 제조했다. 광견병 바이러스는 인체 감염 시 공수증상과 뇌척수염 등 치명적인 증상을 일으키지만, 바이러스 표면의 당단백질(rabies virus glycoprotein; RVG) 때문에 인체에 존재하는 니코틴성 아세틸콜린 수용체에 특이적으로 결합하여 뉴런세포를 따라 중추신경계로 들어가기 때문에 결과적으로 혈액-뇌장벽을 우회하여 뇌종양 부위에 도달할 수 있다 (그림1). 특히 광견병 바이러스의 총알 또는 막대와 같은 특유한 생김새는 뉴런 세포 경로 이동에 유리하고, 중추신경계로 침투하기 쉬운 특징을 보인다. 

이러한 전략을 달성하기 위해 연구팀은 체내 침투에 유리한 근적외선(808 nm) 조사에 효율적으로 반응하는 종횡비(~4.0)를 유지하도록 가로/세로 각각 80 nm/20 nm 크기의 금나노막대를 제조하였고, 여기에 실리카와 RVG를 연속적으로 코팅하여 최종적으로 광견병 바이러스(종횡비 2.4)와 크기, 모양과 표면특징이 매우 유사한 120 nm/50 nm의 나노 구조체(종횡비 2.34)를 제조하였다 (그림1). 제조된 금나노막대 구조체는 구형의 금나노입자 또는 RVG 비접합 금나노막대와 비교하였을 때 뇌종양 세포(N2a)로 침투가 매우 우수하였으며, 광견병 바이러스처럼 중추신경계를 경유하여 뇌에 도달하였으며 결과적으로 근적외선조사 시 뇌종양 유발 마우스의 종양부위 온도를 최대 50℃까지 상승 유도하여 효율적으로 뇌종양을 사멸시켰다 (그림2).

인체에 매우 위험하다고 알려진 광견병 바이러스의 생체 특징에 착안하여, 뇌종양 표적치료제 및 치료요법을 도출하는 역설적인 전략으로 표적지향성을 크게 개선한 뇌종양 나노 치료제 및 치료기법의 새로운 플랫폼을 제시하였다는데 연구의 의의가 있다. 다만 나노기술을 이용한 뇌종양 표적치료제가 실제 임상 적용 가능한 신약으로 이어지려면 극복해야 할 많은 단계가 있으므로, 관련 분야 과학자의 관심과 연구가 보다 절실히 필요하고, 항암치료용 나노의약품 개발의 중요성과 가치가 높게 평가되어야 한다.

이번 연구 결과는 세계적 권위 학술지인 Advanced Materials 온라인(1월 30일) 게재되었으며, 미국 Science/AAAS지(2월 10일)에 “How to stop brain cancer—with rabies”이란 제목으로 인터뷰 내용이 소개되었다. 

※ 게재 논문 정보 - 논문명: Rabies Virus-Inspired Silica-Coated Gold Nanorods as a Photothermal Therapeutic Platform for Treating Brain Tumors - 논문저자: 윤유석(교신저자, 성균관대 교수), 이창규(제1저자, 성균관대 박사과정), 황하신, 이성인, 김보미(공저자, 성균관대 석사과정)

※ 관련 기사 1) Science/AAAS지 “How to stop brain cancer—with rabies”온라인 뉴스 2) 한국보건산업진흥원 보도자료 3) 국민일보 / 약사공론 / 의학신문 / 메디컬투데이 등