미국·매사추세츠주 케임브리지-매사추세츠공과대학 로버트 레인저(Robert Langer) 교수와 하버드대학 오미드 파로크자드(Omid Farokhzad) 교수는 손상된 혈관벽에 붙어 장기간 약물을 방출하는 돌기상(狀) 나노입자를 개발했다고 Proceedings of the National Academy of Sciences에 발표했다.
이 나노입자는 약물방출스텐트 적응이 안되는 심혈관질환자에 대한 새로운 치료법으로 기대되고 있다.
레인저 교수는 이번 연구를 하게된 동기에 대해 “의료재료의 후보가 되는 나노입자 개발을 여러번 시도됐지만 (1)세포표면에 존재하는 타깃단백질의 발현을 높이는 방법으로는 발현량에 한계가 있다 (2)최적의 입자 직경은 50~150mm라는 주장과 달리 이 크기로는 표면적이 너무 커서 약물 확산이 너무 빠르다-는 등의 해결 과제도 많다. 이번 연구는 이러한 과제에 대한 연구성과”라고 설명한다.
이번에 개발된 ‘nanoburrs'라는 돌기모양의 나노입자는 미세한 단백질로 덮여져 있다. 이것이 타깃 단백질과 결합하여 약물을 며칠간 지속적으로 방출하는 구조다.
또 이 입자는 동맥벽이 손상됐을 때 노출되는 내피 아래의 기저막을 타깃으로 하여 세포분열을 억제시켜 반흔 조직이 증식되지 않도록 파클리탁셀을 방출한다.
손상된 동맥벽에서는 반흔 조직이 형성되고 그것이 동맥 폐색으로 이어진다. 때문에 이 나노입자는 죽상동맥경화와 염증성 심혈관질환에 대한 치료에 적합하다는게 레인저 교수의 설명이다.
지금까지 종양을 탐색하여 파괴하는 나노입자를 개발해 온 파로크자드 교수는 “손상된 혈관조직을 타깃으로 하는 입자로는 첫 번째”라고 설명하고
“이 입자는 세포타깃 치료에 나노기술을 응용한 매우 획기적인 예로서 향후 폭넓게 적용될 것”이라고 기대감을 나타냈다.
현재 손상받아 막힌 혈관의 표준치료는 스텐트 삽입이지만 스텐트 삽입이 부적합한 동맥분지부 등의 손상에 대해 돌기모양 나노입자가 보완적인 선택법이 될 수 있다고 보고 있다.
돌기모양 나노입자는 직경이 60nm인 공모양으로 3층으로 이루어져 있다. 내핵(耐核)에는 방출약물과 폴리유산(PLA)의 폴리머 체인 복합체가 들어가 있다.
중간층은 콩 레시틴의 지질층이다. 외층은 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 이루어져 있어 혈류로부터 입자를 보호한다.
약물방출 속도 억제가능
파로크자드 교수는 약물이 방출되는 구조에 대해 “약물과 PLA의 폴리머체인 간의 에스텔 결합이 가수분해되면서 서서히 방출된다. 체인이 길수록 방출 속도가 느려지기 때문에 체인 길이를 바꾸면 약물방출지속시간을 조절할 수 있다”고 설명한다.
배양세포를 이용한 실험에서 12일간 약물이 방출되는 것으로 관찰됐다.
또 돌기상 나노입자를 래트의 꼬리에 주사한 결과, 표적인 좌경동맥의 손상동맥벽에 도달하는 것으로 확인됐다.
이 입자가 손상동맥벽에 도달하는 비율은 표적에 맞는 펩타이드 가공을 하지 않은 나노입자보다 2배 높았다.
암 타깃치료에도 유망
파로크자드 교수는 이 나노입자는 종양의 표적 치료에도 효과적이라고 보고 있다. 교수는 “암과 염증성 질환에는 혈관투과성의 항진이 공통하여 나타난다는 점에서 이들 질환에 대해서도 이 나노입자는 효과를 발휘할 것”이라고 기대감을 나타냈다.