구형 핵산이 화학요법 전달을 획기적으로 개선하다

나노기술 기반 암 치료제 전달

지난 수십 년 동안 암에 대한 우리의 이해가 크게 발전하여 암 세포를 죽일 수 있는 다양한 분자가 발견되었습니다. 그러나 문제는 암 세포가 여전히 신체의 일부이며, 비정상적으로 행동하고 결국 다른 세포들을 죽일 것이라는 점입니다.

이는 암 세포를 죽이는 동일한 약물이 신체의 다른 세포에도 상당히 독성이 있을 수 있음을 의미합니다. 또한, 암 세포의 대사 및 유전적 이상은 종종 그들을 공격하는 화학 물질의 흡수를 방해합니다.

이 두 가지 이유 때문에, 암 약물을 암 세포에 전달하는 과정은 약물 자체의 효능만큼이나, 혹은 그보다 더 중요할 수 있습니다. 이렇게 하면 부작용이 감소할 뿐만 아니라 치료가 환자를 구할 만큼 충분히 효율적이 됩니다.

정밀한 표적화는 암 재발 위험을 줄이는 데에도 중요합니다. 효율성이 높을수록 남아 있는 암 세포가 치료를 피할 가능성이 적어집니다.

특히 유망한 전달 방법 중 하나는 구형 핵산(SNAs)이라는 새로운 유형의 나노분자를 이용하는 것으로, 이는 인체에 잘 견딜 수 있습니다. 노스웨스턴 대학교 연구진은 최근 SNAs가 백혈병 약물의 효율성을 급격히 높일 수 있음을 입증했습니다.

그들은 ACS Nano¹에 결과를 발표했으며, 제목은 “Chemotherapeutic Spherical Nucleic Acids” 입니다.

암 약물 전달의 과제

지난 20년간 암 생존율 상승의 많은 부분은 암 치료제 전달 시스템의 개선 덕분입니다. 예를 들어, 항체, 특히 단일클론 항체는 많은 암 유형에 대해 최고의 치료 옵션 중 하나로 부상했습니다.

또 다른 옵션은 생체분자나 나노입자가 암 세포를 직접 목표로 하는 수동 약물 표적화 시스템을 사용하는 것입니다.

출처: MDPI

최근 몇 년간 항체가 종양학의 중심이었지만, 새로운 대안으로 나노기술이 떠오르고 있습니다. 특수 제작된 나노입자는 암 세포에 직접 부착하여 세포막을 넘어 화학요법을 전달할 수 있습니다.

출처: MDPI

구형 핵산 (SNAs)

이 연구의 연구진은 리포좀 구형 핵산(SNA) 구조체를 사용했습니다. 이는 나노입자 코어에 촘촘하고 고도로 정렬된 핵산 층이 둘러싸인 형태로 구성됩니다.

출처: Nature

SNAs는 1996년 Chad Mirkin이Northwestern University에 의해 처음 만들어졌으며, 그는 이 연구의 주요 연구자이기도 합니다.

나노입자 코어의 종류(금, 은, 실리카, 리포좀, 단백질 등)와 핵산 서열(DNA, RNA 등)을 다양하게 조합함으로써 다양한 SNAs를 만들 수 있습니다.

출처: Cancers

구조 나노의학: 약물 전달의 새로운 시대

이전 연구에서 세포가 SNAs를 인식하고 내부로 받아들인다는 것이 밝혀졌습니다. 더욱 중요한 것은, 암 세포는 과도한 활동으로 인해 건강한 세포보다 훨씬 높은 비율로 SNAs를 흡수한다는 점입니다.

따라서 암 세포의 특성 자체가 SNAs에 더 반응하게 만듭니다.

“대부분의 세포는 표면에 스캐빈저 수용체를 가지고 있습니다. 그러나 골수계 세포는 이 수용체를 과발현하여 더 많이 존재합니다.

그들이 분자를 인식하면 세포 안으로 끌어들입니다. 세포에 강제로 침투할 필요 없이 SNAs는 이러한 수용체에 의해 자연스럽게 흡수됩니다.”

Chad A. Mirkin – Northwestern University

이는 구조 나노의학이라는 성장 중인 분야의 일부로, 정밀한 구조적 및 조성적 제어를 통해 나노의약품이 인체와 상호 작용하는 방식을 미세 조정합니다.

현재 임상 시험 중인 SNA 기반 치료제는 7가지이며, 이는 암뿐만 아니라 감염성 질환, 신경퇴행성 질환 및 자가면역 질환에도 적용됩니다.

급성 골수성 백혈병(AML)에서의 전임상 결과

화학요법 SNAs 구축

연구진은 백혈병 치료를 위해 리포좀 SNA를 테스트했습니다. 이들은 5-플루오로우라실(5-Fu)을 사용했으며, SNA의 핵산 구성은 화학적으로 연결된 5-플루오로-2′-디옥시우리딘 10개 단위로 이루어졌습니다.

출처: ACS Publications

전통적인 화학요법인 5-Fu는 종종 암 세포에 효율적으로 도달하지 못합니다. 또한 메스꺼움, 피로, 드물게는 심부전과 같은 다양한 부작용을 일으킬 수 있습니다.

문제는 약물 자체의 독성뿐만 아니라 치료제의 1% 미만만이 체내에 용해된다는 점입니다. 따라서 고형 형태로 뭉치거나 남아 있어 몸이 효율적으로 흡수하지 못합니다.

우리는 화학요법이 종종 매우 독성이 강하다는 것을 알고 있습니다. 하지만 많은 사람들은 이것이 물에 잘 녹지 않는다는 점을 인식하지 못합니다. 따라서 물에 용해되는 형태로 변환하고 효과적으로 전달하는 방법을 찾아야 합니다.

Chad A. Mirkin – Northwestern University

골수계 세포(백혈병을 유발하는)의 SNA 수용체 과발현으로 인해 5-Fu의 낮은 용량이라도 암 세포에 도달하지만, 건강한 세포에는 훨씬 낮은 용량만 도달합니다.

추가 장점은 리포좀 SNAs가 매우 용해성이 높아 이 문제도 해결한다는 점입니다.

오늘날의 화학요법제는 마주치는 모든 것을 죽입니다. 따라서 암 세포뿐만 아니라 많은 건강한 세포도 죽입니다. 우리의 구조 나노의학은 골수계 세포를 우선적으로 표적합니다.

전체 몸에 화학요법을 과다 투여하는 대신, 필요한 부위에 더 높고 집중된 용량을 정확히 전달합니다.

Chad A. Mirkin – Northwestern University

SNA 전달을 통한 효능 향상

SNA를 이용한 5-Fu의 세포 내 전달 효율은 SNA 없이 대비 12.5배 높습니다. 더욱 중요한 것은, 인‑비트로 연구에서 4자리 수(>1,000배) 향상이 관찰되었습니다.

인간 백혈병을 모사한 마우스 실험에서, 화학요법 SNA는 5-Fu 단독 대비 59배 높은 항종양 효능을 보였습니다. 더욱 중요한 것은, SNA로 치료한 마우스는 5-Fu의 부작용을 전혀 나타내지 않았다는 점입니다.

동물 모델에서 우리는 종양을 즉시 억제할 수 있음을 입증했습니다.

이 결과가 인간 환자에게도 적용된다면 매우 흥미로운 진전입니다. 이는 보다 효과적인 화학요법, 높은 반응률 및 부작용 감소를 의미합니다.

Chad A. Mirkin – Northwestern University

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SNAs의 미래 임상 및 상업적 적용

SNAs는 화학요법 약물의 매우 유망한 전달 메커니즘으로 빠르게 부상하고 있습니다.

다음 단계는 동일한 동물 모델에서 다른 약물을 검토하여 결과를 더욱 향상시킬 수 있는지 확인하는 것이 될 것입니다. 예를 들어, 독성 문제는 있지만 세포 살해 효율이 높은 다른 화학요법 약물을 SNAs와 결합하면 내약성을 높이거나 거의 무해하게 만들면서 암 세포를 더욱 효과적으로 죽일 수 있습니다.

장기적으로는 실제 환자를 대상으로 이 기술의 잠재력을 평가하는 인간 연구가 필요합니다. 이는 일반적으로 비용이 많이 드는 과정으로, 제Ⅰ상(건강한 사람을 대상으로 약물 내약성 확인)부터 제Ⅲ상(다수의 실제 암 환자를 대상으로 시험)까지 진행됩니다.

상용화 및 SNA 스타트업

CancerVax

이 연구의 주요 과학자이자 SNAs를 발견한 Chad A. Mirkin은 또한 SNAs를 인간 치료에 적용하기 위해 설립한 Flashpoint Therapeutics의 과학 창업자이기도 합니다.

그들은 9건의 인체 내(in‑vivo) 연구에서 SNAs가 전달 효율이 35배 향상되고, 면역 활성화가 80배 강해지며, T세포에 의한 종양 살해가 6.5배 증가했다고 주장합니다. SNAs는 60가지 이상의 다양한 세포 유형에 흡수될 수 있습니다.

출처: Flashpoint Therapeutics

이 회사는 연구 협약을 발표했습니다 CancerVax와 함께, 인체 면역 체계를 이용해 암을 치료하는 범용 암 치료 플랫폼을 개발하고 있습니다.

CancerVax에 대한 직접 투자는 인증된 투자자에게만 가능하지만, 크라우드펀딩을 통한 주식 모집도 진행 중이며, 모든 투자자에게 열려 있으며 주당 $2.1에 평가액이 $8천만 이상입니다.

CancerVax의 범용 암 치료 플랫폼은 암 세포를 효과적으로 탐지하고 표지하기 위해 정밀하고 다중 구성 요소 전달이 필요합니다.

우리 기술은 이 과제에 특화되어 있으며, 스마트 mRNA 페이로드를 포장하고 전달할 수 있는 효율성과 정확성을 제공하여 이 유망한 치료 접근법의 전체 잠재력을 실현할 수 있습니다.

Adam Margolin, CEO of Flashpoint

암 외에도, SNAs는 CRISPR 기반 치료제 전달에도 활용될 수 있습니다.

LNP‑SNAs는 표준 지질 나노입자 전달 시스템에 비해 세포 진입 효율이 최대 3배 높고, 독성이 적으며, 유전자 편집 효율을 3배 향상시키고, 정밀 DNA 복구를 60% 이상 개선했습니다.

전반적으로, SNAs는 인‑비트로 및 인‑비보 동물 연구에서 매우 유망한 기술 단계에 도달했으며, 암, 유전자 치료 및 기타 주요 의료 분야에서 인간 적용을 탐색할 준비가 되었습니다.

또한 CRISPR와 같은 다른 정밀 치료 및 기술의 등장으로 SNAs의 잠재력이 더욱 강화될 것으로 보입니다.

참조 연구

^{1 .Taokun Luo, Young Jun Kim, Zhenyu Han, Jeongmin Hwang, Sneha Kumari, Vinzenz Mayer, Alex Cushing, Roger A. Romero, Chad A. Mirkin. 화학요법 구형 핵산. ACS NanoVol 19/Issue 44. 2025년 10월 29일. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16609}