암세포 필수 영양소인 아르기닌을 제거하고 활성산소를 만들어 암세포 사멸까지 유도하는 나노 항암 기술이 개발돼 주목된다.

특히 정상조직까지 손상될 수 있는 기존 표적 항암치료 한계를 개선한 차세대 정밀 항암 전략으로 평가받는다. 

광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 신소재공학과 권인찬·태기융 교수 공동연구팀이 암 조직에서만 선택적으로 작동하는 ‘이중 효소 기반 항암시스템(RDC/DAO@NC)’을 개발했다고 27일 밝혔다.

기술은 ‘아르기닌 디카르복실라제(RDC)’와 ‘디아민 산화효소(DAO)’를 하나의 나노 운반체에 탑재해 연쇄 반응을 구현한 것이다.

RDC 효소는 암세포 성장에 꼭 필요한 영양소인 아르기닌을 제거해 에너지 공급을 차단한다.

이어 DAO 효소가 RDC 반응 과정에서 생긴 아그마틴을 다시 분해해 과산화수소(H2O2)를 생성한다. 이때 만들어진 활성산소는 암세포에 강한 산화 스트레스를 유도해 세포 사멸을 일으킨다.

RDC 효소는 정상적인 환경에서는 거의 활성화되지 않고 종양 약산성 환경에서만 선택적으로 활성화되도록 설계돼 정상조직에 대한 영향을 최소화했다. 

연구팀은 RDC 단독 처리군, RDC·DAO 동시 처리군, RDC/DAO@NC 처리군을 비교하는 세포 및 동물 실험을 통해 RDC/DAO@NC의 항암 효능과 안전성을 검증했다.

그 결과, 세포 실험에서는 나노운반체 탑재군의 연쇄 반응 속도가 최대 5.1배 증가하며 가장 강력한 효과를 보였다.

동물 실험 역시 RDC/DAO@NC를 3일 간격으로 총 4회 정맥 투여한 실험용 마우스에서 종양 내 효소 축적량 최대 3.3~4.6배 증가, 종양 내 아르기닌 농도 약 80% 감소가 확인됐다. 

권인찬 교수는 “이번 연구는 종양의 산성 환경에서만 활성화되는 ‘스위치형 효소’와 두 효소 연쇄반응을 결합한 새로운 항암 전략”이라며 “대사 치료와 세포 사멸을 동시에 유도해 기존 아르기닌 고갈형 항암 치료 한계를 보완할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

태기융 교수는 “기존 표적 항암 치료가 약물을 종양에 전달하는 데 초점이 맞춰져 있었다면 이번 연구는 치료 효소가 작동하는 환경 자체를 종양으로 제한했다는 점에서 차별성이 있다. 향후 다른 효소 기반 치료나 면역항암 치료와의 병용 전략으로도 확장될 수 있다”고 덧붙였다.

한편, 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 최근 생체재료 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research)’ 온라인에 게재됐다.