[저산소암 광역학치료 위한 약 개발]

화학과 이진용 교수(공동 제1저자 Hao Li 박사과정)와 고려대학교 화학과 김종승 교수(공동 제1저자 원미애, 구세영 박사)가 공동 연구를 통해 저산소암 광역학치료를 위한 새로운 치료제를 개발했다고 밝혔다. 광역학치료는 활성산소를 필요로 하기 때문에 저산소암에 적용하기에 한계가 있었다. 연구팀은 활성산소 생성과 GST-pi 억제를 동시에 일으켜 저산소암 광역학치료에 새로운 방안을 제시하였다.  

연구팀은 기존의 감광제인 BPS를 EA와 결합시켜 활성산소를 생성하고, 활성산소에 의한 광역학치료를 방해하는 효소인 GST-pi를 억제시켜 저산소암 광역학치료 효율을 향상시키는 방법을 제시하였다. 

현재 광역학치료는 임상이 허가되었지만 치료를 위해 활성산소가 있어야만 한다. 따라서 암세포 주위에 산소가 부족한 저산소암에 적용하는데 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 산소를 운반하는 방안과 산소를 생성하는 방안 등이 다양하게 시도되었으나, 활성산소의 과다 생산으로 부반응들 때문에 어려움이 있었다.

이러한 난제를 해결하기 위하여 공동 연구팀은 기존의 감광제인 BPS에 EA를 공유결합시켜 저산소암 광역학 항암치료 성능을 향상시켰다. EA-BPS는 EA를 전달하여 글루타티온(GSH)를 청소하고 GST-pi 효소의 활성을 줄이는 역할을 한다. 특히, 실험을 통해 EA-BPS는 리소좀 분해와 지질 과산화를 촉진시켜서 GST-pi의 활성을 낮추는 것을 확인하였다. 

또한, 도킹 및 분자 역학 (MD) 시뮬레이션을 수행하여 5 개의 잔기(체인 A : F7, W37 및 Y107; 체인 B : Y107 및 A120)가 활성 부위에서 중요한 역할을 하는 것으로 밝혔으며 EA-BPS가 단지 하나가 아니라 두 서브 유닛을 통해 GST-pi 효소 포켓과 상호 작용하고 있음을 밝혔다. 

이진용 교수는 “저산소암 광역학치료제 개발을 위한 새로운 길을 제시할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 

김종승 교수는 “본 연구에서 개발한 EA-BPS는 이종이식 종양마우스 모델에서 우수한 치료효과를 검증하였으며 이를 기반으로 임상에 적용 가능한 방안을 모색하고 있다”고 말했다.

본 연구결과는 화학 분야의 학술지인 “Angewandte Chemie International Edition (ACIE; IF=12.959)”에 2.8(월) 게재되었다.

[ 광역학 면역요법을 위한 손쉽고 전환가능한 테라노스틱 전략 제시]

화학과 이진용 교수(공동 제1저자 Hao Li 박사과정)와 이화여자대학교 화학과 윤주영 교수(공동 제1저자 Hong-Bo Cheng, Bin Qiao 박사)가 공동 연구를 통해 새로운 가역적 광역학 항암치료 방법을 개발했다고 밝혔다. 광역학치료를 위해 활성산소를 가역적으로 조절할 수 있는 감광제를 개발하는 일은 아주 어렵고 도전적이다. 연구팀은 포피린과 DIA를 빌딩 블록으로 활용하여 HSA와 자기조립을 통해 HSA-DIA-포피린 나노입자를 만들었고, 이는 광역학 면역요법을 위한 손쉽고 전환가능한 테라노스틱에 활용될 수 있는 새로운 방안을 제시하였다.

연구팀은 자기조립된 HSA-DIA-포피린 나노입자가 생체 밖에서뿐만 아니라 생체 내에서도 활성산소의 생성을 스위치처럼 조절하여 가역적으로 광역학 항암치료가 가능한 새로운 방법을 개발하였다. 

현재 광역학치료는 임상이 허가되었지만 치료를 위해 활성산소가 있어야만 한다. 이에 산소를 운반하는 방안과 산소를 생성하는 방안 등이 다양하게 시도되었으나, 활성산소의 과다 생산으로 부반응들 때문에 어려움이 있었다. 이를 극복하기 위한 방법으로 활성산소를 가역적으로 조절할 수 있는 감광제의 개발이 필요한데, 현재는 그 정확성이 많이 부족하다.

이러한 난제를 해결하기 위하여 공동 연구팀은 사람의 세럼 알부민(HSA)을 이용한 HSA-DIA-포피린 나노플랫폼을 제시하였다. HSA-DIA-포피린에서 HSA는 광스위치와 감광제 사이에 에너지 전달을 효과적으로 해주는 생체적합성을 가진다. 아주 단순한 자기조립에 의해 형성된 나노구조체는 암세포의 이미지를 빨간색 형광(on-off)으로 스위칭 신호를 정확히 구분해준다. 포피린은 DIA의 고리가 열린 형태일 경우에는 활성산소를 생산하고 DIA가 고리형태일 경우에는 활성산소 생산을 억제한다. 이러한 각 기능들이 모여서 HSA-DIA-포피린 나노플랫폼이 가역적으로 활성산소의 생성을조절하는 기능을 한다. 

또한, 도킹 및 분자 역학 (MD) 시뮬레이션을 통해 세 가지 결합모드(헴 결합 부위, 갈라진 결합 부위, FA7 영역에 결합된 다른 결합부위)가 확인되었으며, 이 세 가지 모드 모두에서 HSA (Human Serum Albumin)와 DIA가 역평행 구조를 갖는 것이 평행 구조를 갖는 것보다 결합자유에너지가 높았다. 

이진용 교수와 윤주영 교수는 “활성산소의 생성을 가역적으로 조절하는 비침습적 트리거의 합성은 광역학 항암치료제 개발에서 매우 중요한 부분인데, 이번 연구에서 하나의 갈을 제시한다”고 밝혔다. 

본 연구결과는 화학 분야의 학술지인 “Journal of the American Chemical Society (JACS; IF=14.612)”에 2.10(수) 게재되었다.