췌장암은 발견이 늦고 치료도 쉽지 않아 '치명적인 암' 중 하나로 꼽힌다. 그런데 최근 국내 연구팀이 정상 조직에서는 모습을 숨기고 있다가 암 조직에 도달하면 보호막을 벗고 항암제를 방출하는 '지능형 나노입자'를 개발하는 데 성공해 항암 치료 부작용은 줄이고 치료 효과는 크게 높일 약물 전달 기술로 주목받고 있다.

POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과·융합대학원 차형준 교수, 화학공학과 통합과정 이혁준 씨 연구팀이 수행한 이번 연구 성과는 생체 소재 분야 국제 학술지인 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’ 온라인판에 최근 게재됐다.

췌장암은 몸속 깊숙한 곳에 있어 초기에 발견하기 어렵고 주변 장기로 빠르게 전이되는 대표적인 난치성 암이다. 항암제를 정맥으로 투여하는 치료법이 가장 널리 쓰이고 있지만, 대표적인 치료제인 '젬시타빈(Gemcitabine)'은 혈액 속에서 빠르게 분해돼 암 조직에 충분히 도달하지 못한다. 더욱이 정상 세포까지 함께 공격해 심각한 전신 부작용을 일으키는 한계가 있다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 홍합이 젖은 바위에도 단단히 달라붙는 원리에서 착안했다. 분자합성생명공학 기술로 대량생산한 ‘홍합 접착단백질’을 나노입자로 만든 뒤 내부에 젬시타빈을 담고, 표면에 생체적합성 고분자 '폴리에틸렌 글리콜(PEG1))' 보호막을 씌웠다. 이 보호막 덕분에 나노입자는 혈액 속을 이동할 때는 접착력을 숨긴 채 면역세포 공격을 피하며 몸속을 안정적으로 순환할 수 있다.

이번 연구의 핵심은 암 조직에서만 보호막이 벗겨지도록 설계한 '공간 제어형 자극 반응 시스템'이다. 연구팀은 췌장암 조직에서 특히 많이 분비되는 효소인 'MMP22)'에 의해서만 끊어지는 특수 펩타이드를 보호막의 연결고리로 사용했다. 그로 인해 나노입자는 혈액 속에서는 보호막을 유지하지만 암 조직에 도달하면 MMP2 효소에 의해 보호막이 제거된다. 이처럼 보호막을 벗은 스텔스 나노입자는 홍합 접착단백질 강한 접착력을 되찾아 암 조직에 단단히 달라붙고, 암세포 안으로 들어가 항암제를 지속적으로 방출해 암세포만 선택적으로 공격한다.

실제 췌장암 동물 모델에 이 나노입자를 정맥 투여한 결과, 효과는 뚜렷했다. 기존 항암제를 단독으로 투여하거나 일반 나노입자를 사용한 경우보다 암 조직 내 나노입자 축적과 유지 시간이 60% 이상 크게 증가됐다. 전신 독성은 나타나지 않았고 종양 부피와 무게는 기존 항암제 단독 투여군보다 2배 이상 감소했다. 조직 분석에서도 암세포가 광범위하게 사멸한 사실이 확인됐다.

이번 기술은 약물을 암 조직에 오래 머물게 해 치료 효율을 높이는 것은 물론, 정상 조직으로 전달되는 약물의 양을 줄여 항암 치료의 대표적인 문제인 전신 부작용까지 줄일 수 있다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 앞으로 이 플랫폼을 췌장암뿐 아니라 약물 전달이 어려운 다양한 난치성 고형암 치료에 적용할 수 있는 차세대 표적 약물 전달 기술로 발전시킬 계획이다.

차형준 교수는 "이번에 개발한 약물 전달 플랫폼은 정맥 주사를 하더라도 암 조직에서만 선택적으로 활성화돼 약물을 방출하는 새로운 개념의 전신 투여 치료법"이라며 "항암 치료 부작용은 줄이고 치료 효과는 높여 췌장암을 비롯한 난치성 고형암 환자들에게 희망이 될 것“이라고 전했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단(NRF) 국가연구실(NRL) 2.0사업과 과학기술사업화진흥원(COMPA) 국가연구개발 우수연구성과 확산촉진 지원사업의 지원으로 수행됐다.

논문명
Stealthy systemic circulation of spatially controlled tumor microenvironment-activated bioadhesive proteinic nanoparticles for pancreatic cancer chemotherapy (췌장암 화학요법을 위한 공간 제어형 및 종양 미세환경 활성형 생체접착성 단백질 나노입자의 스텔스형 전신 순환)
연구자
차형준(교신저자, POSTECH), 이혁준(제1저자, POSTECH)
DOI
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124384

□ 연구배경
췌장암은 초기 진단이 어렵고 전이가 빨라 5년 생존율이 10% 미만에 불과한 난치성 암입니다. 현재 정맥 주사를 통한 전신 화학요법이 표준 치료법으로 쓰이지만, 대표적 치료제인 ‘젬시타빈(Gemcitabine)’은 체내 유효 수명이 매우 짧아 암 조직에 충분히 쌓이기 전에 분해되며, 정상 세포까지 무차별 공격해 심각한 전신 독성 부작용을 유발하는 고질적인 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 본 연구팀은 홍합 유래 접착단백질의 강력한 습윤 조직접착력과 생체적합성을 활용하고, 암 조직(종양 미세환경)에서 과발현되는 특정 효소(MMP2)에만 반응하도록 설계된 지능형 ‘공간 제어형 약물 전달체 나노플랫폼’을 개발하였습니다. 혈액 내에서는 스텔스 보호막(PEG)을 통해 안전하게 전신 순환하다가 종양 부위에서만 생체접착성이 표적 활성화되어 암 세포에 약물을 집중 방출함으로써, 전신 부작용은 줄이고 치료 효능은 극대화하는 혁신적인 항암 치료 솔루션을 제시하고자 했습니다.

□ 주요내용
동물모델 실험 결과, 연구팀의 스텔스 나노입자 플랫폼을 정맥 투여한 그룹은 췌장암 조직 주변에서 과발현된 MMP2 효소와 만나 표면 보호막이 자동으로 벗겨지는 ‘탈차폐’ 메커니즘이 성공적으로 유도됨을 확인하였습니다. 베일을 벗고 복원된 홍합접착단백질의 강력한 생체접착력 덕분에 일반 나노입자 대비 암 조직으로의 접착 성능이 크게 증가하였으며, 이를 통해 기존 항암제 단독 투여군이나 일반 전달체에 비해 종양 내 약물 축적 및 유지 효율이 약 60% 이상 획기적으로 향상되었습니다. 이를 통해 정상 조직에 대한 전신 독성 부작용을 최소화하면서도, 췌장암 세포의 대규모 사멸을 유도하고 종양의 성장을 2배 이상 강력하게 억제하는 등 뛰어난 항암 효능과 체내 안전성을 동시에 검증하였습니다.

□ 기대효과
항암 치료제의 짧은 반감기와 극심한 전신 부작용으로 인해 치료 효율이 낮았던 기존 췌장암 화학요법의 치명적인 한계를 극복하고 환자의 삶의 질을 대폭 개선할 수 있습니다. 암 조직에만 정밀하게 접착해 약물을 지속 방출하는 이 기술은 약물 전달이 까다롭기로 유명한 췌장암뿐만 아니라 위암, 간암 등 다양한 난치성 고형암을 표적하는 맞춤형 전달체 플랫폼으로 즉각 확장 적용이 가능합니다. 또한, 생체적합성이 우수하고 표준화된 대량 생산이 가능한 홍합접착단백질 기반의 전달 시스템은 향후 실제 임상 현장에서의 실용화 가능성이 매우 높으며, 난치성 암 환자들을 위한 차세대 약물전달 치료기술의 새로운 패러다임을 열어줄 것으로 기대됩니다.

용어 설명

1. PEG: Polyethylene glycol(폴리에틸렌 글리콜)의 약자로, 생체적합성이 뛰어나 의약품 및 화장품 등에 널리 쓰이는 고분자 물질이다. 약물 전달체 표면에 부착하면 면역세포의 공격을 피해 혈액 속에서 오랫동안 순환할 수 있도록 돕는 일종의 '스텔스(보호막)' 역할을 수행한다.
2. MMP2 : Matrix Metalloproteinase-2(기질 금속 단백질분해효소 2)의 약자로, 암세포가 주변 조직으로 침윤하고 성장하기 위해 과도하게 분비하는 단백질 분해효소의 일종이다. 본 연구에서는 나노입자가 췌장암 조직(종양 미세환경)에 도달했을 때만 선택적으로 보호막(PEG)을 벗겨내도록 유도하는 ‘화학적 스위치(트리거)’로 활용되었다.