한빛사 인터뷰
- 등록2022-01-12
- 조회1,844
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
본 연구에서는 신규 항암 치료제와 광열 나노 재료(photothermal nanomaterial)을 접목시켜 효과적인 약물 전달 시스템(drug delivery system, DDS)을 구축함과 동시에, 시너지 메커니즘을 통해 항암 효능을 보이는 combinational chemo/iron-chelation/photothermal therapy를 제시했습니다.
현재까지 다양한 종류의 항암 약물과 치료법이 개발되었음에도 불구하고, 암 발병률과 사망률은 여전히 높습니다. 또한 현행되고 있는 대부분의 암 치료 옵션은 재발 및 약물 저항성이 두드러지게 나타나며, 제한된 종양 특이성과 off-target effect로 인해 여러 부작용을 동반합니다. 이러한 한계점들을 극복하기 위해서는 새롭고 진보된 항암 치료 연구 개발이 계속해서 요구됩니다.
그 중에서 저희는 연구의 초점을 암세포 내의 철 이온 대사(iron metabolism)에 맞추었습니다. 세포 내 철 이온은 세포 대사(cell metabolism)에 필수적인 요소이며, 특히 세포 증식에 중요하게 관여합니다. 일반적으로 세포 내 철 이온의 농도는 페로포틴(ferroportin) 1과 같은 특정 막 통과 단백질에 의해 동적으로 조절되며, 정상 환경에서는 항상성 균형이 잘 이루어져 있습니다. 하지만 암세포는 세포 성장 중 빠른 DNA 합성 과정에서 정상 세포 대비 철분 수요가 높은 비정상적인 철 이온 대사를 관찰됩니다. 결과적으로 암세포는 철분 농도의 변화에 더 민감하게 반응하며, 이를 이용한 세포 철 대사의 선택적 조절은 항암 치료의 주요한 전략 중 하나로 연구되고 있습니다. 이러한 맥락에서 지난 2021년, 미국 The University of Texas at Austin의 Jonathan L. Sessler 교수 연구팀에서 철 이온 킬레이션 항암 치료법(iron-chelation therapy)을 위한 신규 약물인 DOXjade를 개발하였고, 인간의 간, 폐, 췌장, 급성 골수 백혈병에 대한 직접적 혹은 보조적 암 치료 가능성을 보여주었습니다.
더 나아가 본 연구는 기 보고된 DOXjade를 활용하여, 그 효능을 더욱 향상시킨 새로운 항암 치료 전략을 개발하기 위해 2D MXene 기반의 나노 재료를 활용하였습니다. 생체 적합성(biocompatibility)과 약물 적재 효율성(drug loading efficiency)이 우수한 나노 재료는 DDS를 활용한 암 나노 의료의 맥락에서 꾸준히 연구되고, 점점 더 많은 관심을 끌고 있습니다. 특히 다양한 나노 재료 중에서 Ti3C2 MXene 2D-nano sheet는 넓은 표면적과 뛰어난 생체 안정성으로 nano carrier biomedicine으로서의 기능이 우수할 뿐만 아니라, 근적외선 영역 빛을 흡수하여 열을 방출하는 광열 치료(photothermal therapy) 효능을 보입니다. 결과적으로 EPR 효과(enhanced permeability and retention effect)를 통해 목표하는 종양 부위에 선택적으로 약물을 전달함으로써 표적 외 독성을 최소화할 수 있었으며, 2D-MXene 나노 재료를 활용한 광학적 에너지 전달을 통해 세포 사멸을 시너지적으로 유도하는 combinational chemo/iron-chelation/photothermal therapy 치료 전략을 성공적으로 제시하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 고려대학교 화학과 김종승 교수님께서 이끌고 계시는 차세대 분자테라노시스 연구단(Next-generation Molecular Theranostics Laboratory, http://orgchem.korea.ac.kr)에서 수행되었습니다.
저희 연구실에서는 유기 합성에서부터 분자 생물학까지 광범위한 화학 기법과 지식을 활용하여 small molecule, porous polymer 등의 생체 적합 organic biomaterial을 합성 개발하고 있습니다. 또 이러한 biomaterial을 암 혹은 알츠하이머병(Alzheimer’s disease)과 같은 중증 질병에 적용하여, 세포 및 조직 내 바이오 마커(Biomarker)를 감지하거나 해당 질병을 치료하기 위한 치료제 및 DDS을 개발하고 있습니다. 더불어 본 연구 프로젝트는 해당 연구 분야의 권위자인 미국 The University of Texas at Austin의 Jonathan L. Sessler 교수 연구팀과 중국 Shenzhen University의 Han Zhang 교수 연구팀과의 국제적 협력으로 성과를 이룰 수 있었습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
아직 연구의 걸음마를 배우고 있는 시기라고 생각하기 때문에, 매일매일 새로운 것을 습득하는 것 자체가 스스로 느끼는 자부심이며 보람입니다. 수없이 쏟아져 나오는 정보들 속에서 여러 지식을 익히고, 새로운 연구 방향과 가설을 설계하며, 논리적인 실험을 통해 결과를 도출해 냄으로써 마침내 연구의 결실을 맺는 과정이 참으로 즐겁다고 생각합니다.
이번 일처럼 좋은 저널에 논문이 게재되고, 인터뷰의 기회를 가지는 등, 눈에 보이는 결실을 맺는 것도 정말 뿌듯합니다. 하지만 좋은 연구실과 교수님의 지도 하에 연구자로서 차츰 성장해 나가며 느끼는 성취감이야 말로, 계속해서 앞으로 나아가게 하는 진정한 원동력이 아닐까 싶습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
새로운 물질을 디자인하고, 또 직접 만들어 내는 것, 그리고 이를 다방면으로 응용한다는 점에 있어서 상당히 흥미롭고 매력적인 분야입니다. 더불어 기초적으로나 응용적으로 끊임없이 새로운 연구가 쏟아져 나온다는 점에서 연구자의 창의성과 성실함이 더욱 중요하게 부각되는 분야라 생각합니다. 여러 학문간의 융합적인 사고가 중요한 분야이기 때문에, 끊임없이 몰두하고 열정을 가지고 뛰어든다면 그 과정에서 분명 많은 것을 배워 나갈 수 있을 것이며, 큰 성취감을 얻을 것이라 믿어 의심치 않습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
암을 비롯한 여러 중증 질환들은 치료 못지않게 정확하고 신속한 진단도 상당히 중요합니다. 다양한 분석 방법 중에서도 특히 형광(fluorescence) 기반의 분석 시스템은 그 경제성과 간편한 실험 방법, 그리고 생체 내 실험에서의 비침습적 특징을 기반으로 여러 질병의 메커니즘이나 병리 현상을 규명하기 위한 기초 연구 혹은 임상연구 분야에서 광범위하게 활용되어지고 있습니다. 더불어 더욱 정확하고 효율적인 분석 시스템을 구축하기 위해 다양한 특성을 갖는 형광 프로브(fluorescent probe)들이 계속해서 개발 및 연구되고 있습니다. 또한 그 중에서는 PET/SPECT 등의 조영제로 발전되어 임상 현장에서 활용되고 있습니다.
따라서 다양한 질병과 그 바이오 마커를 대상으로 하는 더욱 진보된 형광 프로브의 개발은 해당 질병에 대한 연구의 초석이라 생각합니다. 그러므로 중증 질환 연구를 위한 우수한 성능의 저분자 기반 형광체(small-molecular fluorophore)을 개발하는데 주력하는 것이 앞으로 남은 박사과정의 목표입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
이 연구 프로젝트를 성공적으로 마무리하기까지, 모든 제자들이 빛날 수 있도록 이끌어 주시고, 따뜻한 선생님이 되어 주신 김종승 지도 교수님께 감사의 말씀 올립니다. 또한 연구실에서 동고동락하며 저에게 큰 힘이 되어준 MTL 식구들, 그리고 더 나은 연구 방향성을 위해 힘써주신 국내외 공동 연구진 분들께 진심으로 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 더불어 항상 저를 믿고 응원해 주시는 부모님께도 감사의 인사를 올리며 인터뷰를 마치겠습니다.
#Nanomedicine
#Iron chelation therapy
#Photothermal therapy
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