나건 교수(가톨릭대학교) 연구팀과 김동현(미국 노스웨스턴의과대학교)은 광역학 항암치료법에 쓰이는 치료제의 효과를 높이기 위해 온열치료법 온도 조건에 반응하는 온도감응 광역학 치료제를 개발하고 작동 원리를 최근 규명했다.

광역학 치료제는 광감작제(특정 파장의 빛을 받으면 활성산소를 발생시켜 항암효과를 보이는 화학물질)를 환자에 투여 후, 내시경으로 암 조직에 특정 파장의 빛을 쏘아 암세포만 사멸시키는 역할을 한다.

기존의 광역학 치료제는 태양광에도 반응하여 활성화가 되므로, 치료 시 환자는 한 달 정도 빛이 차단된 암실에서 생활해야 하는 불편함이 따랐다. 정상 조직에 잔존한 광감작제가 직사광선에 의해 활성이 되면, 붓기와 통증이 발생하고 피부와 눈에 손상을 일으키기 때문이다.

▲ 광역학 치료의 원리와 부작용: 광역학치료는 빛(光)에 화학적 반응을 일으키는 광감작제를 암부위에 주입하여 빛으로 종양만 특이적으로 괴사시키는 치료법이다. 하지만 기존의 광감작제는 태양광에도 반응하여 부작용을 일으키므로 시술 후 몇 주간 태양광을 보지 말아야하는 불편함이 있었다.
광감작제는 특정 파장의 빛을 받으면 활성산소를 발생시켜 항암효과를 보이는 화학물질이다. 광역학치료는 이같은 광감작제를 정맥주사로 환자 몸에 투여한 뒤, 내시경으로 암 조직에 특정 파장의 빛을 쏘아 암세포만 사멸시키는 치료법이다.

기존 수술이나 방사선 치료, 항암제 복용 등에 따른 부작용이나 후유증이 적은 암 치료법으로 알려져 있으며, 특히 피부암, 자궁경부암, 췌장암 등의 다양한 고형암 치료에서 그 효과가 입증되고 있다.

그러나 광감작제는 태양광에도 반응하여 활성화가 되므로, 광역학 치료 시 환자는 한 달 정도 빛이 차단된 암실에서 생활해야 하는 불편함이 따랐다. 암 조직이 아닌 정상 조직에 잔존한 광감작제가 직사광선에 의해 활성이 되면, 붓기와 통증이 발생하고 피부와 눈에 손상을 일으키는 등의 부작용이 발생하기 때문이다.

이에 연구진은 태양광 등의 부작용으로 환자에게 따르는 불편함을 개선하고 항암 치료 효과를 증대시키기 위해 ‘온도감응 스마트 광감작제’를 개발했다.

온열항암치료법은 열에 약한 암세포의 성질을 이용해 약 45도의 온도로 암세포를 파괴하는 치료법이다. 치료는 암 근처의 피부에 온열 자극기를 접촉하는 방법으로 이루어진다. 연구진은 온열항암치료 시 암세포 부분만의 온도가 상승하는 것에 착안하여 해당 광감작제를 개발했다.

연구진은 생체적합성이 뛰어나고 온도 감응이 가능하여 의약품 원료로 사용되는 고분자 다당류 물질인 하이드록실프로필 셀루로오스를 기존의 단분자로 이루어진 광감작제와 접합했다. 이렇게 개발된 온도감응성 스마트 광감작제는 체내 정상 온도인 37℃에서는 빛을 받아도 활성화되지 않았으나, 온열항암치료 시 온도인 45℃에서는 활성화가 되어 항암 치료 효과를 나타냈다.

▲ 온도감응성 스마트 광역학 치료제 개발과 치료원리: 스마트 광감작제는 생체적합성이 뛰어나고 온도감응성을 갖는 고분자 다당류 물질과 기존의 단분자 광감작제를 화학적으로 접합하여 개발하였다. 개발된 스마트 광역학 치료제는 기존의 단분자 광감작제와 달리 온열치료와 동시에 처리하였을 때만 활성화 되므로 태양광 부작용 없이 보다 효과적으로 암치료를 가능하게 한다.
기존의 광감작제는 태양광에 노출되면 암조직 뿐만 아니라 정상조직에서도 활성이 되어 부작용이 발생하였다. 그러나 이번에 개발된 온도감응 스마트 광감작제는 태양광에 노출이 되어도 적정 온도 조건(45도)에 부합하지 않으면 활성이 되지 않아 부작용 발생 염려가 적다. 즉 적정 온도 조건을 온열항암치료를 통해 갖추도록 하는 것인데, 이로 인해 두 가지 치료 요법이 병행 가능하게 되는 것이다.

이 때문에 광역학 항암치료와 온열항암치료를 동시에 시행하면 시너지 효과를 내어 항암 치료 효과를 크게 증대시킬 수 있다. 이는 국소 부위만 선택적으로 치료하는 온열항암치료의 특징으로 다른 정상조직에 남아있는 광감작제의 부작용을 발생시키지 않는다.

뿐만 아니라 태양광을 피해서 한 달여 동안 실내에서 생활해야 하는 환자의 불편함도 덜어줄 수가 있다. 특히 시험관 내 췌장암 세포 모델에서 크게 증대된 항암 효과를 확인할 수 있었다.

이처럼 온도에 따른 광활성의 변화를 분석 결과, 이는 고분자에 결합된 단분자 광감작제의 분자 구조 간의 상호작용에 기인한 것임을 알 수 있었다. 낮은 온도에서 응집되었던 광감작제가 적정 온도(45도)가 되면, 단분자 형태로 변화되면서 광활성이 증가하게 되는 것이다.

연구 성과는 크게 두가지로,  외부에서 손쉽게 조절 가능한 암 조직의 환경 요인 중 하나인 온도를 통해 광활성을 조절할 수 있는 항암 치료제 개발은, 기존의 광역학 항암치료법에 온열 항암 치료법 접목이 가능한 것을 보여준다.

특히 다양한 물리·화학적 분석 방법을 통해 온도를 통한 광활성 조절이 가능함을 분자수준에서 증명하였으며, 이는 신규 광감작제를 개발하는데 활용할 수 있는 기초과학 연구자료로서 의의를 갖는다.

최한기 기자
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