- 기존의 나노물질보다 효율적인 뇌암 진단과 고온치료의 탁월한 항암효과 보여
- 안정성 및 진단·치료 성능 확인해 온열 치료법을 통한 새로운 암 치료제 방향 제시
[그림1] 7nm 망간-아연-산화철 자성 나노물질의 조영제로써 뇌암 진단 효과(좌측)
및 고온발열을 통한 치료효과(우측)
최근 국내 연구팀이 MRI 조영제와 뇌암 온열치료 물질로 동시에 사용할 수 있는 고효율성 ‘나노물질(MnZn-SPION-7)’을 개발했다. 이 물질은 7nm 크기의 망간-아연-산화철 (Mn0.5Zn0.5Fe2O4) 자성 나노물질로, 기존보다 MRI 조영능력 및 온열치료 효과를 증대시킨 물질이다. 이는 암의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있어, 새로운 암 치료법 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
서울대병원 융합의학과 나이랑 교수 · 신경외과 백선하 교수, 서울대 융합과학기술대학원 박원철 교수, 상하이교통대 릉대순 교수로 구성된 공동 연구팀은 나노물질(MnZn-SPION-7)을 개발하고, 생체 내 실험 등을 통해 교모세포종의 진단 및 치료 효과를 확인한 연구 결과를 7일 발표했다.
뇌암(교모세포종)은 성인에서 발생하는 원발성 악성 뇌종양 중 가장 흔한 종양으로, 화학치료, 방사선요법 등 기존 치료법에 대한 강한 저항성이 특징이다. 최근 테모졸로마이드와 동시 화학-방사선 요법과 같은 치료법의 발전에도 불구하고, 교모세포종 환자의 중앙 생존 기간은 15개월을 넘지 못하고 있다.
이후 나노물질을 활용한 자기 온열치료법이 부상하면서 산화철 나노물질(SPION)이 개발된 바 있다. 하지만 고강도 교번자기장(Alternating Magnetic Field; AMF)*이 요구되고, 복용량이 제한되는 등 최적화가 쉽지 않아 실제 적용이 어려웠다. 이에 기존 SPION에 다른 원자를 합성하는 방법이 시도됐지만, 정밀한 원자 도핑을 통해 효율적으로 MRI 조영제효과와 항암치료효과를 동시에 최적화한 연구는 거의 없었다.*교번자기장(AMF) : 강도 H와 역방향 강도－H사이를 시간과 함께 주기적으로 변화하고, 자성 나노입자와 상호작용하여 열을 발생시키는 자기장. 예를 들어, 100kHz의 교번자기장은 1초에 10만번 N극과 S극 번갈아 변화한다.
이에 연구팀은 고온열분해 제조공법을 통해 기존 산화철에 망간(Mn)과 아연(Zn)을 도핑하는 방법으로 7-nm 크기의 Mn0.5Zn0.5Fe2O4 산화철 나노물질 ‘MnZn-SPION-7’을 개발했으며, 안전성을 향상하기 위해 메톡시-PEG-실란 용매로 표면을 수정해 PEG-MnZn-SPION-7를 제조했다. 이후 나노물질의 안정성, 생체 안전성, 생체 적합성 및 진단·치료 성능을 평가하기 위해 생채 내 실험과 시험관 실험을 진행하고, 기존 Fe3O4 산화철 나노물질(SPION)과 비교했다.
연구 결과, PEG-MnZn-SPION-7은 크기와 모양이 균일했으며, 수용액에서 자기적 특성을 유지해 나노물질의 안정성이 입증됐다. 그리고 기존 SPION보다 현저하게 높은 MRI T2 강조효과를 보여 조영제로써 탁월한 성능을 확인했다.
치료효과 측면에서 MnZn-SPION-7은 140Oe, 100kHz의 교번자기장에서 기존 SPION보다 5배 이상의 높은 발열을 보였다(78.4°C 대 15.4°C). 또한 PEG-MnZn-SPION-7을 교모세포종 세포에 주입했을 때 온도가 26.6 °C 상승해 교모세포종 세포가 소멸했으며, 2주 동안 6회에 걸쳐 동일한 교번자기장을 가했을 때 면역세포 활성이 유도됐다.
[그림2] 동물실험에서 영상조영능력 및 치료효과 규명: (D) (+)MNP(나노물질),(+)AMF 실험군이 대조군보다 영상조영능력 및 치료효과가 큼 (E) MRI에서 뇌암 위치와 이동경로를 정확하게 파악 가능
서울대병원 나이랑 교수(융합의학과)는 “MnZn-SPION-7 나노물질은 매우 높은 고온의 온열치료뿐만 아니라 MRI 조영제로써 종양 추적을 동시에 가능하게 한다.”며 “이를 통한 새로운 암 치료법 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
서울대 융합과학기술대학원 박원철 교수(응용바이오공학과)는 “향후 고효율성 자성 나노물질을 개발하고 그 표면 개질의 다양한 활성화를 통하여 약물전달의 기능을 추가하여, 환자 맞춤형 진료와 치료를 개선할 계획이다.”라고 밝혔다.
서울대병원 백선하 교수(신경외과)는 “뇌암(교모세포종)뿐만 아니라 폐암, 유방암, 간암, 전립선암, 피부암과 같은 전신의 암 환자에서 기존의 암 치료에도 불구하고 재발하는 경우, MnZn-SPION-7 나노물질을 이용한 암 치료가 매우 좋은 치료 대안이 될 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.
한편, 이번 연구는 국제 학술지인 ‘세라노스틱스(Theranostics, IF: 12.4)’ 최근호에 게재됐다.
[사진 왼쪽부터] 서울대병원 융합의학과 나이랑 교수·신경외과 백선하 교수,
서울대 융합과학기술대학원 박원철 교수, 상하이교통대 릉대순 교수