바이오테크
구형 핵산은 화학 요법 전달을 극적으로 개선한다
나노 기술 기반 암 치료 전달
우리의 암에 대한 이해는 지난 몇십 년 동안 크게 발전했으며, 암 세포를 죽일 수 있는 다양한 분자를 발견했다. 그러나 암 세포는 비정상적으로 작동하지만 결국 다른 세포를 죽일 것이므로, 암 세포를 죽이는 약물이 몸의 다른 세포에도 매우 유독할 수 있다. 또한 암 세포의 대사 및 유전적 이상은 그들이 유용한 화학物질을 흡수하는 것을 방해한다.
이 두 가지 이유로 암 세포에 약물을 전달하는 과정은 약물 자체의 효능보다 더 중요할 수 있다.这样하면 부작용이 줄어들 뿐만 아니라, 치료가 충분히 효능이 있어 환자를 구할 수 있다.
정확한 표적화도 암이 재발할 위험을 줄이는 데 중요하다. 효능이 높을수록 치료에서 숨겨진 암 세포의 가능성이 줄어든다.
특히 약속하는 전달 방법은 구형 핵산(Spherical Nucleic Acids, SNAs)을 사용한다. 이는 몸에 잘耐受되는 새로운 유형의 나노 분자이다. Northwestern University의 연구자들은 최근에 SNAs가 백혈병 약물의 효능을 급격히 높일 수 있음을 보여주었다.
그들은 ACS Nano에 결과를 발표했으며, 제목은 “화학 요법 구형 핵산”이다.
암 약물 전달의 도전
과거 20년 동안 암으로 인한 생존율의 많은 증가가 암 치료의 더 좋은 전달 시스템에 연결되었다. 예를 들어, 항체, 특히 단일클론 항체는 많은 암 유형에서 최고의 치료 옵션이 되었다.
또 다른 옵션은 암 세포를 직접 표적으로 하는 생물 분자 또는 나노 입자를 사용하는 수동적인 약물 표적화 시스템이다.
출처: MDPI
과거 몇 년 동안 항체가 종양학에서 주목받았지만, 나노 기술이 대체재로 부상하고 있다. 특별히 설계된 나노 입자는 암 세포에 직접 부착되어 세포막을 통해 화학 요법을 전달할 수 있다.
출처: MDPI
구형 핵산(SNAs)
이 연구의 연구자들은 리포솜 구형 핵산(SNA) 구조를 사용했다. 그것은 나노 입자 핵을 가지고 있으며, 핵은 밀도가 높고 방향이 일치하는 핵산의 쉘로 둘러싸여 있다.
출처: Nature
SNAs는 1996年にNorthwestern University의 Chad Mirkin에 의해 처음 만들어졌다. 그는 또한 이 연구의 주요 연구자이다.
다양한 SNAs를 만들 수 있다. 나노 입자 핵의 성질과 핵산의 서열을 변경하여 만들 수 있다.
출처: Cancers
구조 나노의학: 약물 전달의 새로운 시대
이전 연구에서 세포가 SNAs를 인식하고 내부로 받아들이는 것으로 밝혀졌다. 더욱 중요한 것은 암 세포가 건강한 세포보다 SNAs를 더 높은 속도로 내부로 받아들이는 것이다.
이것은 암 세포의 본질적인 특성이다.
“대부분의 세포는 표면에 스카벤저 수용체를 가지고 있다. 그러나 골수 세포는 이러한 수용체를 과잉 발현한다. 따라서 더 많은 수용체가 있다.
만약 세포가 분자를 인식하면, 세포 내부로 끌어당긴다. SNAs는 세포에 의해 자연스럽게 받아들여진다.”
이것은 구조 나노의학의 전체적인 발전의 일부이다. 구조 나노의학은 나노의학이 인체와 상호작용하는 방식을 미세하게 조정하기 위해 정확한 구조적 및 조성적 제어를 사용한다.
현재 7개의 SNA 기반 치료가 임상 시험 중이다. 암뿐만 아니라 감염성 질환, 신경 퇴행성 질환, 자가 면역 질환에도 적용되고 있다.
급성 골수 백혈병(AML)에서 전임상 결과
화학 요법 SNAs 구축
연구자들은 백혈병 치료를 위해 리포솜 SNA를 테스트했다. 5-플루오로우라실(5-Fu)을 사용했으며, SNA의 핵산 구성은 10개의 화학적으로 상호 연결된 5-플루오로-2′-디옥시우리딘으로 구성되었다.
출처: ACS Publications
전통적인 화학 요법 5-Fu는 암 세포에 효율적으로 도달하지 못하는 경우가 많다. 또한 많은 부작용을 일으킬 수 있다: 구역질, 피로, 그리고 드문 경우지만 심장 부전을 일으킬 수도 있다.
문제는 약물 자체의 독성뿐만 아니라, 약물이 몸에 잘 녹지 않는다는 것이다. 따라서 약물이 응집하거나 고형으로 남아 몸에 잘 흡수되지 않는다.
모두가 화학 요법이 종종 끔찍하게 독성이 높다는 것을 알고 있다. 그러나 많은 사람들이 그것이 또한 종종 불용성이 높다는 것을 깨닫지 못한다. 따라서 우리는 그것을 물에 용해되는 형태로 변환하고 효과적으로 전달하는 방법을 찾아야 한다.”
골수 세포(백혈병의 원인)가 과잉 발현하는 SNA 수용체는 5-Fu의 낮은 용량으로도 암 세포에 도달할 수 있음을 의미한다. 그러나 건강한 세포에는 낮은 용량으로 도달한다.
추가적인 장점은 리포솜 SNAs가 매우 용해성이 높아, 용해성 문제가 해결된다.
“오늘날의 화학 요법은 모든 것을 죽인다. 암 세포를 죽이지만, 많은 건강한 세포도 죽인다. 우리의 구조 나노의학은 골수 세포를 선호적으로 찾는다.
전체 몸에 화학 요법을 가하는 대신, 필요한 곳에 집중적으로 높은 용량을 전달한다.”
SNAs 전달의 효능 증가
SNA를 사용한 5-Fu의 세포 내부 전달은 SNA 없이 전달하는 것보다 12.5배 더 높다. 더욱 중요한 것은, 시험管에서 4차례(1,000배 이상) 더 높은 효능을 보였다.
마우스에서 시뮬레이션한 인간 백혈병에서, 화학 요법 SNA는 5-Fu 단독보다 59배 더 높은 항종양 효능을 보였다. 또한 마우스는 SNA를 사용한 치료에서 5-Fu의 부작용을 보이지 않았다.
“동물 모델에서, 우리는 종양을 완전히 멈추는 것을 보여주었다.
이것이 인간 환자에게 번역된다면, 매우 흥미로운 발전이다. 더 효과적인 화학 요법, 더 좋은 반응률, 그리고 더 적은 부작용을 의미할 것이다.”
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| Metric | Free 5-Fu (standard) | SNA-delivered 5-Fu (liposomal SNA) |
|---|---|---|
| Cell uptake (AML cells) | 1× (baseline) | ~12.5× higher |
| In vitro cell-killing potency | 1× (baseline) | Up to ~10,000× higher |
| Antitumour efficacy in mice (AML model) | 1× (baseline) | ~59× greater tumour reduction |
| Observed toxicity/side-effects (in study) | Significant known side-effects of 5-Fu (nausea, fatigue, cardiotoxicity) | No overt toxicity observed in assessed parameters (mouse study) |
SNAs의 미래 임상 및 상업적 적용
SNAs는 화학 요법 약물의 매우 약속하는 전달 메커니즘으로 빠르게 부상하고 있다.
다음 단계는 같은 동물 모델에서 다른 약물의 결과를 확인하여 결과를 더욱 개선할 수 있는지 확인하는 것이다. 예를 들어, 독성 문제가 있지만 세포를 죽이는 데 매우 효능이 높은 다른 화학 요법 약물은 SNAs를 사용하여 용납 가능하거나 거의 무해하게 만들 수 있다.
장기적으로, 이 기술의 잠재력을 평가하기 위해 실제 환자에 대한 인간 연구가 필요할 것이다. 이것은 비용이 많이 드는 과정으로, 1상(건강한 사람에게 약물을 투여하여 용납 가능성을 확인)에서 3상(많은 실제 암 환자에게 투여)까지 진행된다.
상업화 및 SNA 스타트업
CancerVax
이 연구의 주요 연구자이자 SNAs의 발견자인 Chad A. Mirkin은 또한 Flashpoint Therapeutics의 과학적 창립자이다. 이 회사는 인간 치료 응용 프로그램에 SNAs를 배치하는 회사이다.
그들은 9개의 생체 내 연구에서 SNAs는 35배 개선된 전달, 80배 강력한 면역 활성화, 그리고 6.5배 증가한 종양 살상에 의해 T細胞을 보여준다고 주장한다. SNAs는 60가지 이상의 세포 유형에 의해 흡수될 수 있다.
회사는 CancerVax와 연구 협약을 발표했다. CancerVax는 체내의 면역 체계를 사용하여 암을 치료하는 普遍적인 암 치료 플랫폼을 개발하고 있다.
CancerVax에 대한 직접 투자는 인증된 투자자만 가능하지만, 모든 유형의 투자자에게 개방된 크라우드펀딩도 진행 중이다. 1주당 $2.1, 회사의 평가액은 $80M 이상이다.
“CancerVax의 普遍적인 암 치료 플랫폼은 암 세포를 효과적으로 обнаруж하고 표시하기 위해 정밀한 다중 구성 요소 전달이 필요하다.
우리의 기술은 이 도전에 유일하게 적합하다. 스마트 mRNA 페이로드를 효율적이고 정확하게 패키지하고 전달하는 능력을 제공한다.”
암뿐만 아니라, SNAs는 또한 CRISPR 기반 치료의 전달에 사용될 수 있다.
LNP-SNAs는 세포 내부로 3배 더 효과적으로 들어가고, 독성을 줄이고, 유전자 편집 효능을 3배提高하고, 정확한 DNA 수리를 60% 이상提高했다.
전반적으로, SNAs는 시험管 및 동물 모델에서 매우 약속하는 기술로 부상하고 있다. 암, 유전자 치료, 기타 주요 의학적 적용 분야에서 인간 적용을 탐색할 준비가 되었다.
그들은 또한 CRISPR와 같은 다른 정밀 치료 및 기술의 등장으로부터 이익을 얻을 것이다. 이것은 SNAs의 잠재력을 더욱 높일 것이다.
참조 연구
1. Taokun Luo, Young Jun Kim, Zhenyu Han, Jeongmin Hwang, Sneha Kumari, Vinzenz Mayer, Alex Cushing, Roger A. Romero, Chad A. Mirkin. 화학 요법 구형 핵산. ACS NanoVol 19/Issue 44. 2025년 10월 29일. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16609
