암세포 사멸 효과 4배 큰 미토콘드리아 약물 표적 기술 개발

순천향대 임정균 교수 연구팀, 미토콘드리아 약물 전달 새 분자 수송체 설계
암, 퇴행성 뇌 질환 등 미토콘드리아 관련 각종 질환 치료에 새로운 방법 제시

아산=김창희 기자

순천향대(총장 김승우)는 임정균(사진) 나노화학공학과 교수 연구팀이 기존 항암제보다 암세포 사멸 효과가 4배로 큰 세포 내 미토콘드리아 관련 약물 표적 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

세포 내 소기관인 미토콘드리아는 생명체의 중요한 화학 에너지를 생산해내는 세포 발전소다. 세포 내 칼슘 항상성 유지, 세포의 산화 및 환원반응 조절, 각종 영양물질의 신진대사를 포함한 광범위한 세포 기능에 중추적 역할을 한다.

미토콘드리아는 다양한 질병 치료를 위한 약물의 주요한 표적이 될 수 있는 소기관으로 많은 과학자가 약물을 미토콘드리아에 효과적으로 전달하는 방법을 연구하고 있다. 하지만 미토콘드리아는 그 크기가 0.5∼3㎛로 매우 작고, 세포 내에 넓게 분산돼 있어 약물을 미토콘드리아에만 선택적으로 전달하기는 쉽지 않다.

임 교수 연구팀은 약물이 미토콘드리아가 아닌 세포의 핵, 효소, 기능성 단백질과 같이 다른 곳에 전달되면 약물의 부작용뿐만 아니라 약물 투여량이 증가한다는 문제점에 주목했다. 따라서 이번 연구에서 약물이 세포 내 미토콘드리아까지 정확하게 선택적으로 전달하기 위한 분자 수송체 설계를 통한 새로운 치료 방법을 제시했다.

연구팀은 세포 내로 약물을 쉽게 전달시킬 수 있는 새로운 분자 수송체를 유기화학적으로 합성했다. 약물 전달 시스템에 널리 쓰이는 다수의 구아니디늄 작용기를 통해 분자 수송체의 세포 내 이동성을 증가시켰다. 또한 분자 수송체에 알라닌-나프탈렌 물질을 붙여 미토콘드리아에 약물이 선택적으로 표적할 수 있도록 했다. 이후 분자 수송체에 항종양 항생제 약물을 결합했고, 그 결과 약물은 미토콘드리아에 선택적으로 전달돼 기존 항암제 단독보다 약 4배 이상으로 암세포 사멸을 발생시켰다.

이와 같은 연구 결과는 ‘미토콘드리아 표적이 가능한 분자 수송체: 합성, 친유성 효과, 이온 결합체 연구(Mitochondria Targeting Molecular Transporters: Synthesis, Lipophilic Effect, and Ionic Complex)’라는 제목으로 국제학술지 Drug Delivery (IF: 6.419, 약학 분야 상위 10% 내, 2020 JCR 기준) 1월호에 게재됐다.

임 교수는 “미토콘드리아의 기능 장애가 알츠하이머 질병과 같은 퇴행성 뇌 질환에 주요한 발병원인 중 하나라는 것이 보고되고 있으므로 앞으로의 연구는 분자 수송체가 혈뇌장벽을 투과해 뇌의 미토콘드리아까지 약물을 선택적으로 전달, 뇌세포의 에너지 생성과 미토콘드리아 기능 회복 연구에 중점을 둘 계획이다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 기본연구, 한국연구재단 4단계 두뇌한국 21 사업의 지원을 받아 수행했다. 분자 수송체의 설계와 개발은 순천향대 임 교수팀과 정성기 포항공대 명예교수가, 현미경 실험과 항암효과 측정은 순천향대 천안병원의 전섭 교수팀이 공동으로 수행했다.