약학과 윤유석 교수 연구팀, 면역항암활성을 갖는 자외선 방출 업컨버전 나노전달체 개발

- 삼중음성유방암의 새로운 치료법 제시

[사진] 윤유석 교수(교신저자),  Nguyen 연구원(제1저자), 김주호 연구원(제2저자)

약학과 윤유석 교수 연구팀(제1저자 Nguyen 박사과정생)이 Ferroptosis 기반 면역항암활성을 갖는 자외선 방출 업컨버전(upconversion) 나노전달체를 개발하여 삼중음성유방암 치료의 새로운 가능성을 제시하였다.

삼중음성유방암(triple-negative breast cancer; TNBC)은 유방암 중에서 가장 치료하기 어려운 공격적인 암이며, 전 세계적으로 여성의 두 번째 주요 사망 원인으로 알려져 있다. 유방암의 수술치료는 암전이를 심각하게 유발할 수 있으며, 화학요법제 단독치료는 종양 표적성 결여, 전신 부작용 유발 및 다제내성 발생으로 인해서 치료 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 결국, 삼중음성유방암의 치료에는 표적지향성을 개선하고 및 전신 부작용을 크게 줄인 획기적인 치료제와 치료요법이 필요하다.

연구팀은 철이온(Fe2+/Fe3+)의 촉매반응에 의해 종양세포 내 과산화수소에서 하이드록실 라디칼을 생성시키는 ‘Fenton 반응’을 활용하여, 철의존성 지질 과산화로써 종양세포를 사멸시키는 페롭토시스(ferroptosis) 방식으로 삼중음성유방암의 사멸과 억제를 유도하였고, 이의 구현을 위해 리포좀 표면코팅된 다공성실리카 업컨버전 나노전달체를 설계하였다.

Fenton 반응을 보다 향상시키기 위해서는 암세포 내 Fe3+ 이온이 Fe2+ 이온으로 빠르게 전환되는 과정이 필요하고, 이 과정을 자외선광(UV)이 효율적으로 매개한다. 그러나 자외선광의 단파장 특성 때문에 유방암 조직 내로 깊은 투과가 불가능하여, 연구팀은 980 nm 근적외선광을 360 nm 자외선광으로 변환시키는 업컨버전 현상을 구현할 수 있는 란탄족 원소 (Er/Lu)가 doping된 나노입자를 제조하였다. 여기에 Fenton 반응을 보조적으로 촉진하면서 화학항암제로도 동시에 사용 가능한 저용량의 cisplatin을 실리카층에 봉입시키고 종양표적성 리간드 접합 리포좀 지질로 코팅시켜 최종 나노전달체를 완성시켰다.

완성된 업컨버전 나노전달체는 삼중음성유방암 세포가 이식된 마우스의 종양 성장과 증식을 매우 효과적으로 억제하였으며, 특히 원발암(primary tumors)이 초기에 사멸 억제되었을 때, 추가적으로 2차 전이암(distant tumors)도 크게 억제하는 면역항암활성을 보여주었다. 결과적으로 업컨버전 광역학 요법을 통해 효율성이 개선된 ferroptosis 방식과 화학항암제가 보조되어진 암치료/면역치료 병용요법을 개발하였으며, 이는 새로운 삼중음성유방암 치료 옵션으로 활용될 수 있을 것으로 전망한다.

이번 연구성과는 한국연구재단의 바이오의료기술개발사업, 중견연구자지원사업 및 선도연구센터지원사업(MRC) 지원으로 수행되었으며, 나노 및 소재 분야 세계적 학술지인‘ACS Nano (IF 18.027, JCR ranking 5.8%)’2023년 1월호 게재되었다.

※ 논문명: Amplified Fenton-Based Oxidative Stress Utilizing Ultraviolet Upconversion Luminescence-Fueled Nanoreactors for Apoptosis-Strengthened Ferroptosis Anticancer Therapy

※ 논문링크: https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08706