표적항암제 운반체의 진화…pH 반응형 ‘하이드로겔’ 선보여

종양 조건((pH 4.5, 41°C)에 독소 물질 방출해 속도와 농도 조절로 부작용 크게 줄일 듯

항암제 독소루비신을 종양에 표적해 전달할 수 있는 하이드로겔 화합물이 새롭게 주목받고 있다. 

RUDN 대학과 이란 샤히드 베헤쉬티(SBU)대 Siamak Javanbakht 연구팀은 구연산계 그래핀 양자점(GQDs)이 상이한 비율을 가진 우기 4성분 반응(Ugi-4CR)을 이용해 그래핀(graphene)과 젤라틴으로 해당 복합체를 만들었다고 발표했다. 

연구팀은 해당 복합체를 pH 반응형 약물 전달 시스템이라고 소개하며 향후 항암화학요법에 적용한다면 이식 가능한 항암제와 생체 검출제로 사용될 수 있을 것이라고 평가했다. 이번 연구 결과는 과학지 ‘Materialia’ 12월호에 실렸다.

항암치료에 활용되는 화학요법에서 세포억제(cytostatic) 약물은 보통 정맥주사로 투여되며 종양의 성장을 억제하는데 도움을 주지만 동시에 신체에 심각한 부담을 주고 부작용을 일으킨다. 이러한 부작용을 줄이고자 표적형 약물전달시스템은 종양에 약물을 정확히 전달해 치료 효과를 높이고자 하지만 아직 정확한 약물 운반체는 없는 실정이다. 

이번에 고안된 하이드로겔 복합체는 내제한 약물이 천천히 녹으면서 방출하는 구조다. GQD-G 하이드로겔은 젤라틴과 그래핀 기반의 양자 점으로 구성되어 있다. 양자점은 음전하 전자가 내장된 반도체 입자다. 그것들은 구연산을 열분해하여 얻은 것이다. 

양자점이 있는 용액은 젤라틴과 엑시프(브로모벤츠알데히드, 사이클로헥실 이소시아니드)와 결합해 약물의 '운반체'인 하이드로겔을 형성한다. 그리고 그 안에 독소루비신(세포억제 약물)을 주입한다.

시뮬레이션 상 100시간 이내로 하이드로겔 화합물에서 주변 pH 및 하이드로겔 내 여분의 브로모벤츠알데히드 농도에 따라 최대 25~70%의 독소루비신이 방출된다. 이 화합물은 암세포를 죽이는 효과 면에서는 순수한 독소루비신보다 낮지만 하이드로겔 화합물은 또 다른 이점을 제공한다. 

시뮬레이션된 체내의 생리환경(pH 7.4, 37°C)에서 낮은 방출도를 보였지만, 종양 조직 조건(pH 4.5, 41°C)에서 독소 물질의 방출과 농도를 유지하는 현상을 보였다. 약물과 함께 하이드로겔을 원하는 조직으로 직접 주사할 수 있기 때문에 약물 방출 속도를 조절하고 부작용을 줄일 수 있다.

연구를 주도한 아흐마드 샤바니(Ahmad Sahabani), RUDN 및 SBU 화학 연구 공동 연구소 선임 연구원은 “표적 종양 조직에서 항암제를 효과적으로 전달할 수 있는 대체 전달체를 도입하는 것이 중요하다. 다원체(다성분) 반응을 통한 물질의 수정/기능화에 관한 이전의 연구 결과를 바탕으로 친환경적이고도, 직접적으로 작용하는 방식의 효율적인 새로운 방법이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구로 얻어진 결과를 두고 적절한 pH반응도를 가진 합성 세포적합성 광전자발광 GQD-G 하이드로겔이 이식 가능한 항암제 및 생체검출제로 활용될 경우 임상생물학계에도 큰 변화가 있을 것으로 예상되고 있다.

한편, GQD는 꿈의 신소재라 불리는 그래핀의 가장 작은 형태로, 수십 나노미터 이하의 크기를 가지는 탄소 구조에 다양한 화학작용기가 추가된 기능성 나노물질이다. 최근 차세대 디스플레이 소재뿐 아니라 질병치료제 및 운반체로서 주목받고 있다.