효소 2개 '절묘한' 믹싱으로 항암효과 입증

GIST, 암세포 굶긴뒤 활성산소 만들어 없애는 이중전략 성공

암성장은 막고, 활성산소로는 암세포를 사멸시키는 '일타이피' 나노항암 치료법이 개발됐다. 효과도 실험적으로 입증됐다.

광주과학기술원(GIST)은 권인찬·태기융 신소재공학과 교수 연구팀이 암 조직에서만 선택적으로 작동하는 ‘이중 효소 기반 항암 시스템(RDC/DAO@NC)’을 개발했다고 27일 밝혔다.

이 기술은 2개의 효소를 하나의 나노캐리어에 담아 암세포에 전달, 치료하는 방식이다.

권인찬 교수는 "암세포 필수 영양소인 아르기닌 생성을 막아 암세포 증식을 억제하는 한편 다른 쪽에서는 활성산소를 만들어 암세포를 사멸한다"며 "특히 종양의 산성 환경에서만 효소가 활성화되도록 설계돼 정상 조직 손상을 줄일 수 있다"고 말했다.

'RDCDAO@NC' 항암 치료 시스템 작동 원리. 그림a는 RDC와 DAO 반응 모식도. 그림b는 온도변화에 따라 RDC/DAO@NC가 축소됐다. 그림c는 왼쪽은 정상세포, 오른쪽은 종양환경 모식도다. (출처=GIST)

'효소1'은  아르기닌을 분해하는 아르기닌 디카르복실라제(RDC)고, '효소2'는 활성산소 생성을 유도하는 디아민 산화효소(DAO)다.

이 기술의 핵심은 '효소 1, 2'가 순차적으로 연쇄반응이 일어나도록 설계한 점이다. RDC 효소가 아르기닌을 제거하면, 이어 DAO 효소가 RDC 반응 과정에서 생긴 부산물인 아그마틴을 다시 분해해 과산화수소를 생성한다.

이때 활성산소가 만들어지는데, 이는 암세포에 강한 산화 스트레스를 유도한다. 결국 암세포 사멸로 이어진다는 것이 연구팀 설명이다.

정준영 신소재공학과 석박통합과정생은 "현재 전임상연구단계"라며 "나노캐리어가 온도 상승에 따라 크기가 줄어들며, 효소 간 거리가 줄어 효과적인 반응이 가능했다"며 "상용화까지는 시간이 걸리겠지만, 항암치료의 새로운 플랫폼이자 전략으로 가능할 것"이라고 말했다.

연구팀은 "나노반응기를 새로 설계했는데, 연쇄 반응 속도가 기존대비 최대 5.1배 증가했다"고 설명했다.

동물실험에서는 실험용 마우스에 'RDC/DAO@NC'를 3일 간격으로 총 4회 정맥 투여한 결과, 종양 내 효소 축적량이 최대 3.3~4.6배 증가했다. 종양 내 아르기닌 농도는 약 80% 감소했다.

GIST 연구팀, 왼쪽부터 권인찬 교수, 태기융 교수, 이재훈 박사, 정준영 석박통합과정생.(사진=GIST)

태기융 교수는 "종양 크기와 무게가 유의미하게 줄어드는 항암 효과가 확인됐다"며 "향후 다른 효소 기반 치료나 면역항암 치료와의 병용 전략으로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.

연구는 정준영 석박통합과정생과 이재훈 박사가 공동 제1저자로 진행했다. 연구결과는 생체재료 분야 국제학술지 '바이오머티리얼즈 리서치'에 온라인으로 게재됐다.