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[바이오리포트] 암의 진단과 치료를 동시에… 테라그노시스 기술

 이창수 / 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 책임연구원

눈에 보이지 않을 정도로 '초소형화'된 주인공과 세포보다도 작은 잠수정을 타고 사람의 몸속으로 들어가 인체를 탐험하며 항해하는 영화 ‘이너스페이스(Innerspace)‘는 1987년에 개봉되어 몸속의 장기를 구석구석 살피면서 질병을 발견하고 이를 치료하는 의학적 요소를 영화화하여 당시 미래를 그려낸 기발한 상상력에 굉장한 흥미를 가져온 적이 있다. 그로부터 30년이 지난 2016년에 개봉한 영화 ‘리틀메딕: 몸속탐험대’는 과학동화 ‘나노의 인체 탐험’을 바탕으로 한 애니메이션으로 호기심 가득한 12살 소년 ‘나노’가 악당으로부터 조종당하는 할아버지를 구하기 위해 작아진 몸으로 초소형 캡슐을 타고 할아버지의 몸속으로 들어가 세균 로봇을 퇴치하는 흥미로운 내용을 담고 있다. 이처럼 수십 년간 영화나 상상 속에서나 가능한 우리의 몸속을 탐험하며 질병을 찾아내고 치료하는 기술이 현실화 되고 있다.

암이란 질병은 우리 몸속에서 발병하면서 부터 상당한 기간 동안 진행될 때까지 특이적인 증상이 없기 때문에 최대한 빠른 조기진단과 치료시기를 놓치지 않는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 암의 진단에는 내시경 검사나 MRI, CT와 같은 영상을 통한 진단 검사 후, 조직검사를 시행하는 방법이 이용되고 있으나, 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 상당한 시간이 소요되어 환자들에게 많은 불편을 초래하고 있다. 따라서 최근 많은 연구자들에 의해 간단하고 적은 비용으로 신속하게 암을 진단하고 치료하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

암을 치료하는데 있어서도 수술요법, 항암을 위한 화학요법, 방사선 치료요법 등이 주로 이용되고 있으나, 다른 질병들과 비교했을 때 치료방법이 매우 복잡하고 부작용을 일으킬 가능성 또한 매우 높기 때문에 치료 효과를 최대화하며 부작용을 최소화하는 새로운 치료법 개발에 대한 수요가 높아지고 있다.

암의 효과적 진단과 치료를 위해 각광받아왔던 테라그노시스(Theragnosis)* 기술은, 연이은 임상실험의 실패에 따른 FDA 승인 진입 장벽에 부딪혀, 나노기술 기반의 의학 기술 자체의 유용성이 재조명되고 있다. 이러한 나노의학 기술의 본질적인 문제를 해결하고자, 최근에는 나노입자의 물리화학적 특성과 암 발현 세포 및 조직의 미세환경을 동시에 반영 가능한 기술을 개발함으로써 성공적인 신약개발을 위한 돌파구를 찾고 있다. 이러한 노력으로, 최근 나노기술을 기반으로 하는 테라그노시스 기술이 효과적으로 암이 진행된 세포 환경에 효과적으로 침투하는 결과를 나타내기도 한다.

* 치료(therapy)와 진단(diagnosis)이 합쳐진 신조어로, 암을 포함해 난치성 질환을 조기에 정밀하게 진단하고 효과적인 치료를 동시에 수행함으로써 환자 맞춤 치료를 구현할 수 있는 미래지향적 진단·치료 기술이며, 특히 의공학 및 의약학 분야의 다학제간 융복합 연구가 필수적인 기술

테라그노시스 기술은 암을 포함해 난치성 질환을 조기에 진단하고 효과적인 치료를 동시에 수행함으로써 환자 맞춤 치료를 구현할 수 있는 미래지향적 진단 및 치료기술이며, 특히 의공학 및 의약학 분야의 여러 학문간 융합 연구가 필수적인 분야이다.

특히, 몸속의 세포 안에서 일어나는 현상을 영상화하는 바이오이미징(Bioimaging) 기술로 어떤 질병인지 찾아내는 진단기술과 함께, 빛 에너지를 열에너지로 변환시키는 광열효과(Photothermal effect)로 치료가 동시에 가능한 나노바이오 융합소재가 속속 개발되고 있다. 광열효과를 이용한 치료법은 암세포 진단을 위한 조영제에 빛을 조사하여 암세포가 존재하는 국부 위치에 강한 열을 발생시켜 고형암을 태워 제거하는 치료법이다.

최근 한국생명공학연구원에서 개발한 융합소재는 체내 투여된 뒤, 암세포 환경(예: 산성조건)에서 강한 형광과 자기(MRI) 신호를 발생시켜 다중 정밀진단이 가능하고, 이렇게 진단된 암세포 부위에 외부에서 근적외선 파장의 빛을 조사하여 열을 발생시켜 암세포의 성장을 억제하거나 사멸시키는 광열치료까지 모두 가능한 테라그노시스 나노복합체이다. 연구팀은 마우스 모델을 이용한 실험에서 암세포의 발견과 치료 효과를 확인하며, 미래 나노의약 소재로서의 활용 가능성을 높였다.

이러한 노력의 일환으로, 최근 바이오이미징(Bioimaging), 암세포의 탐지와 광열효과(Photothermal effect)의 시너지(synergy) 효과의 발휘가 동시에 가능한 다기능 나노바이오 융합소재를 개발하는 연구들이 수행되고 있다.

현재까지 암의 진단과 치료를 동시에 수행하는 방법에 대한 연구가 꾸준히 계속되고 있으나, 아직 그 효율이 미흡하거나, 체내 안정성이 검증되지 않아 임상적으로 활용되고 있지는 못하고 있으며, 따라서 암의 진단과 치료를 동시에 가능하게 하며, 진단 및 치료 효율이 우수하고, 체내 안정성이 확보된 소재의 개발을 위한 노력이 계속되고 있다.

향후 암의 정밀진단과 이를 효과적으로 치료할 수 있는 의약용 첨단 나노소재 개발로 국민 건강과 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있으며, 인류의 암에 대한 정복 가능성을 조금이나마 실현시킬 수 있도록 의료분야 활용에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

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