호주 멜버른에 있는 Royal Melbourne Institute of Technology(RMIT)대학과 도허티 연구소 과학자들은 암 환자를 선별해 치료를 더 안전하고 효과적으로 만드는 데 도움이 되는 새로운 혈액 검사 방법을 개발했다. 호주인 2명 중 1명은 85세가 되기 전 암 진단을 받는다. 최초로 시도되는 이 검사는 백혈병(혈액암의 한 종류)을 앓고 있는 사람의 혈액 한 방울만을 사용하여 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 기반 나노의약품이 암세포를 죽이고 부작용을 최소화하는 데 얼마나 효과적이고 빠르게 평가할 수 있다.

나노의학은 세포보다 훨씬 작은 미세 입자로 구성되어 있으며, 신체와 정밀한 방식으로 상호 작용한다. 이 미세 입자는 건강한 세포는 살리고 암세포와 같은 병든 세포에 약물을 직접 전달하도록 설계되었다.

Doxil, Onpattro(patisiran), Vyxeos를 포함한 나노의약품은 호주와 미국에서 임상적 사용이 승인되었지만, 다른 약물들도 등장하고 있지만, 아직 의료 환경에서 사용되지는 않고 있다. RMIT 대학의 호주 연구 위원회 DECRA 펠로우인 이주(Yi Ju) 박사는 도허티 연구소의 연구실 책임자인 멜버른 대학의 스테판 켄트(Stephen Kent) 교수와 함께 연구를 주도했으며, 디 알프레드(The Alfred)의 림프종 서비스 책임자인 탐(Constantine Tam) 교수와 협력했다. 탐 교수는 연구 기간 피터멕(Peter MacCallum) 암 센터에 있었다.

이 팀의 개념 증명 테스트는 아직 일반 의료 및 병원과 같은 임상 환경에서 사용할 수 없지만, 향후 몇 년 내에 업계 파트너 및 정부 지원과 협력하여 추가로 개발 및 출시될 수 있다. 연구자들은 ACS Nano에 게재된 이 혁신적인 나노의약품이 백혈병 환자의 혈액 세포와 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 데 큰 진전을 나타낸다고 말했다.

과학부의 주 교수는 "저희 연구는 일부 암 환자가 다른 암 환자보다 나노의학 치료에 더 잘 반응하는 이유를 밝혀냈습니다. 이러한 차이점을 이해함으로써 우리는 백혈병 환자를 위한 보다 개인화되고 효과적인 치료법을 개발할 수 있습니다."라고 말했다.

연구 수행 방법
이 연구에서는 백혈병 환자 15명의 혈액을 대상으로 세 가지 PEG(Polyethylene Glycol 약물을 안정적으로 전달하기 위한 코팅제) 기반 나노의약품을 테스트했다. 연구진은 나노의약품을 혈액 샘플에 따로 첨가한 뒤 37도 섭씨에서 1시간 동안 배양했다. "우리는 다양한 나노의학이 혈액 내 암세포와 건강한 세포를 얼마나 잘 표적으로 삼는지 평가했습니다. 그렇게 하면 우리는 어떤 치료법이 다른 사람들에게 가장 효과적인지 판단할 수 있을 겁니다."라고 이 주 박사가 말했다.

연구 결과
팀의 이전 연구에 따르면 사람들이 mRNA 백신에서 높은 수준의 항-PEG 항체를 개발하면 암을 포함한 질환에 대한 미래의 mRNA 치료는 덜 효과적일 수 있다. 왜냐하면 신체가 치료제를 더 빨리 제거할 것이기 때문이다. PEG는 mRNA 백신에서 일반적으로 사용되는 화합물이다. 또한 개별적인 면역 반응이 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다.

이 주 박사는 "이번 최신 연구에서 우리는 다양한 나노의학 제형이 환자의 혈액에 어떻게 작용하는지 살펴보았습니다. 우리는 사람들의 면역 체계의 차이가 이러한 치료법이 암세포에 얼마나 효과적인지, 그리고 부작용에도 영향을 미친다는 것을 발견했습니다."라고 말했다.

연구팀은 각 개인의 혈액 샘플에서 존재하는 항-PEG 항체의 차이를 관찰했다. 사람들의 혈액에 항-PEG 항체가 많을수록 이러한 치료법은 암세포를 죽이는 데 덜 효과적이었다. 사실, 이러한 치료법은 건강한 세포에 더 독성이 강했다. 난소암, 에이즈 관련 카포시 육종, 다발성 골수종을 치료하는 데 사용되는 일반적인 나노의학인 독실(Doxil)은 항-PEG 항체에 의해 강하게 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. 즉, 일부 사람들에게 이 치료법은 암세포보다 혈액의 면역 반응에 관여하는 건강한 세포를 더 많은 표적으로 삼았다. 연구자들은 독실(Doxil)이 임상 환경에서 백혈병을 치료하는 데 사용되지 않는다고 지적한다. 실험 결과, 독실(Doxil)은 다른 나노의약품에 비해 일부 환자에게 여전히 가장 적합한 옵션인 것으로 나타났다. 백혈병에 대한 가장 효과적인 표적형 나노입자는 연구팀이 직접 제조한 순수 PEG 나노입자였다.

다음 단계
이 연구는 차세대 암 나노의약품의 개발을 이끌고 개인화된 치료를 위한 환자 선택을 개선하는 데 도움이 될 것이다. 탐 박사는 이번 연구 결과가 간단한 혈액 검사를 통해 백혈병 환자뿐만 아니라 유방암, 난소암과 같은 고형 종양 암 환자에게도 나노입자 기반 치료법을 개인화하는 데 사용될 수 있음을 보여준다고 말했다. 면역 반응의 개별적 차이를 이해하면 나노입자 제형을 각 환자의 고유한 면역 프로필에 맞게 조정하여 더 효과적이고 안전한 치료로 이어질 수 있다.

연구원 켄트는 "우리의 혁신은 이전에는 치료할 수 없었던 암에 대한 표적 치료법을 개발하고자 하는 제약 회사에 큰 잠재력을 제공할 것입니다."라고 말했다. 또한 이 주 박사는 "우리는 이 기술을 공동 개발하고 임상 응용 프로그램으로의 전환을 촉진하기 위해 업계 리더와 협력하고 싶습니다."라고 말했다.

참조:
Yi Ju, Shiyao Li, Abigail Er Qi Tan, Emily H. Pilkington, Paul T. Brannon, Magdalena Plebanski, Jiwei Cui, Frank Caruso, Kristofer J. Thurecht, Constantine Tam, Stephen J. Kent. Patient-Specific Nanoparticle Targeting in Human Leukemia Blood. ACS Nano, 2024; 18 (42): 29021 DOI: 10.1021/acsnano.4c09919