생물발광현상을 이용한 암세포의 광역학적 치료법 모식도.[한국기초과학지원연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국기초과학지원연구원(KBSI) 광주센터 이성수 박사 연구팀은 한양대학교 생명과학과 김영필 교수 연구팀, 울산대학교 의과대학 이경진 교수 연구팀과 공동연구를 통해 스스로 빛을 내는 단백질로 암세포를 사멸시키는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이번에 개발된 기술은 생체물질이 스스로 빛을 내는 생물 발광 현상을 응용해 외부에서의 빛 자극 없이 치료과정을 유도하고, 암세포 사멸 후에는 치료에 사용된 단백질이 빠르게 체내에서 분해되기 때문에 부작용이 매우 적다.

특히 항암제와 같은 기존 화학적 제제가 아닌 순수 단백질만을 이용하는 새로운 개념의 치료법을 제시했다는 점에서 매우 큰 의의를 갖는다. 또한 화학적 제제로 인한 부작용을 현저하게 낮춰 주는 것이 가능해, 암 치료뿐만 아니라 향후 다양한 노인성 질환 치료에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

이번에 개발한 암치료 단백질은 서로 다른 기능을 갖는 두 개의 단백질 부위를 결합시킨 구조다. ‘암세포의 세포막에 특이적으로 결합해 빛을 내는 단백질 부위’와 ‘빛 자극으로부터 암세포 사멸을 유도하는 단백질 부위’가 결합한 구조로 돼있다. 암세포에 결합된 단백질이 스스로 빛을 발생시키고, 이렇게 발생된 빛이 방아쇠로 작용해 암세포의 활성산소 농도를 높이고 세포를 사멸시켜 제거하는 원리다.

이번 공동연구에서 KBSI 광주센터의 ‘3차원 홀로토모그래피 현미경’ 기술이 세포 수준에서 일어나는 치료과정을 분석하는데 주요한 역할을 했다. 이 기술은 빛에 대한 굴절률을 이용해 살아있는 상태의 세포를 전처리 과정 없이 실시간으로 분석할 수 있도록 한다. 이성수 박사 연구팀은 3차원 홀로토모그래피 현미경 기술을 이용해 세포가 살아있는 상태에서 치료 단백질의 암세포 세포막 결합과정부터, 단백질의 발광 현상과 이에 따른 암세포 내 활성산소 생성 유도과정, 활성산소에 의한 암세포의 사멸과정까지, 암 치료 전 과정을 실시간 분석했다.

기존 분석기술과 장비로는 치료제의 작용과정을 단계별로 각각 분석하고 일부 과정은 유추할 수밖에 없는 단점이 있었으나, 3차원 홀로토모그래피 현미경 기술로 치료 기작과 암세포의 변화를 정확히 관찰함으로써, 동물모델을 이용한 약물의 효과 검증도 빠르게 진행할 수 있었다.

이번 연구는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 9월 12일자 온라인판에 게재됐다.

이성수 박사는 “3차원 홀로토모그래피 기술을 응용하면 살아있는 세포에서 일어나는 생물학적 변화 과정을 실시간으로 관찰할 수 있어, 이번과 같이 새로운 개념의 암 치료제 개발은 물론 퇴행성 뇌질환 등 여러 질환의 발병기작을 이해하고 치료방법을 개발하는데 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

향후 KBSI 광주센터 노화연구시설이 보유한 3차원 홀로토모그래피 현미경, 발광-형광 전임상 분자영상시스템, 마이크로·나노 CT, 비선형다중여기시스템 등 첨단 실시간 세포·생체분석장비와 퇴행성 뇌질환 모델 동물을 활용해 발병 자체를 억제하거나 치료제를 개발하는 후속연구를 이어나갈 계획이다.

nbgkoo@heraldcorp.com