약물없이 암세포 뚫어 파괴하는 나노머신 개발

단백질은 모든 생물학적 과정에 관여하며 신체 에너지를 이용해 기계적 움직임으로 구조를 변경한다. 단백질의 작은 구조적 변화는 생명현상에 지대한 영향을 끼친다. 그래서 과학자들은 단백질을 생물학적 ‘나노머신’이라고 부른다.  

단백질을 모방한 나노머신은 많은 주목을 받았지만 세포가 스스로를 보호하려는 작용 때문에 개발이 쉽지만은 않았다. 하지만 국내 연구진이 최근 암세포를 파괴하는 나노머신을 개발해 이목이 집중되고 있다. 

한국과학기술 연구원(KIST)의 정영도 박사팀이 발표한 이번 연구결과는 화학분야의 국제적인 권위지인 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 최근호에 부표지 논문으로 선정됐다. 

연구팀은 단백질의 계층적 구조에 주목했다. 단백질은 거대 구조의 축과 실제 움직이는 부분이 계층적으로 분리되어 축을 중심으로 특정 부분만 의도적으로 움직일 수 있다. 하지만 기존의 나노머신은 두 부분이 같이 움직이도록 설계되어 있어 의도대로 조종하기가 어려웠다. 

이에 연구진은 2nm(1나노미터는 10억분의 1ｍ) 수준의 금나노입자와 주변 환경에 따라 접히고 펴질 수 있는 분자를 각각 결합해 계층적 구조의 나노머신을 만들었다. 이 나노머신은 움직임과 방향을 정의해 세포막을 만나면 접히고 펴지는 기계적 움직임을 통해 암세포에 직접 침투해 세포소기관을 망가뜨려 암세포 사멸을 유도한다. 

이러한 방식은 치료용 약물을 전달하는 방식의 캡슐형 나노 전달체와 달리 항암제를 사용하지 않고 기계적 움직임을 통해 암세포를 직접 죽이는 새로운 방식이다.

연구팀은 한발 더 나아가 정상세포는 보호하고 암세포만 골라 사멸시키기 위해 나노머신에 걸쇠 분자를 추가했다. 걸쇠 분자는 낮은 pH 환경에서만 풀리도록 설계해 상대적으로 pH가 높은 정상세포(pH 7.4 내외)에서는 작동하지 않고, pH가 낮은 암세포 주변에서만 걸쇠 분자가 풀려 암세포만 골라 파괴시킨다. 

KIST 정영도 박사는 “개발한 나노머신은 단백질들이 환경에 따라 형태를 바꾸어 생물학적 기능을 수행하는 것에서 아이디어를 얻었다. 약물 없이 나노머신에 붙은 분자의 기계적 움직임으로 직접 암세포에 침투하여 사멸시키는 새로운 방식이다. 이는 기존 항암치료의 부작용을 극복할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있다”고 밝혔다.