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작성일 : 20-03-30 10:41
<미래의료 4.0> 자석박테리아로 암 치료가 가능하다
 글쓴이 : 전파과학사
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암 치료에 자석박테리아를 이용할 수 있다? 암환자를 치료하기 위해 약을 사용하는데 암세포를 죽이기 위해 주입한 약물이 멀쩡한 건강한 세포까지 공격해서 여러 가지 문제를 일으키기도 한다. 이런 문제 때문에 많은 암환자들이 약물 부작용을 겪고 있다. 요즘 약물을 이용해서 암환자를 치료하기 위한 기술개발의 핵심에 건강한 세포에는 나쁜 영향을 주지 않고 암세포에게만 치료약물을 전달해서 암을 치료하는 기술을 개발하는 것이다. 사실 예전부터 이런 기술을 개발하고 싶었지만 어려워서 지금까지 기술개발이 제대로 이루어지지 못했다. 암환자 몸에 있는 세포 중에 정상적인 세포는 약물에 의한 부작용 피해를 입지 않도록 하고 오직 암세포만 골라서 약을 전달해서 암을 치료하면 좋을 텐데 이렇게 하려면 어떻게 해야 할까? 최근에 나노바구니를 만들어서 거기에 약물을 담아서 암세포에 전달하면 될 것이라는 멋진 아이디어를 과학자들이 고안해냈다. 이 나노바구니는 아주 작은 크기의 바구니 역할을 하는 것인데 여기에 약물을 담아서 건강한 세포들을 지나 암세포에게만 약물을 전달하자는 것이다. 사실 아이디어는 멋진데 막상 만들려고 하면 쉬운 일이 아니다. 아주 작은 나노바구니를 만들기도 어렵고 만약 만든다고 해도 약물을 담아야하고 그 다음에는 암세포로 전달해서 암세포를 만났을 때에 약물을 방출하도록 해야 하기 때문에 여러 단계의 어려운 기술적인 문제들을 해결해야 한다. 그럼에도 불구하고 여러 연구팀에서 이와 같은 나노바구니를 만들어서 약물을 담은 후에 암세포에 전달하려는 시도를 야심차게 진행하고 있다. 이처럼 나노바구니를 이용해서 약물을 전달하면 건강한 세포가 약물에 피해를 입지 않아도 되는 장점이 있어 좋다. 그렇지만 약물을 담은 나노바구니가 우리 몸을 순환하며 지나다니다가 암세포를 만났을 때 약물을 방출하기 때문에 실제로 전달되는 약물의 양이 아주 적은 편이라고 한다. 실제로 약물을 담은 나노바구니는 우리 몸속의 순환과정을 통해 돌아다니는 동안에 암세포를 만나기 전에 몸의 순환시스템에 의해 몸 밖으로 배출되는 양이 많다. 그래서 나노바구니를 이용해서 암세포를 만났을 때 약물을 방출하도록 함으로써 암을 치료하는 방법이 얼마나 효과가 있을지에 대해서 의문을 제기하는 과학자들도 있다. 그렇다면 더 좋은 방법은 없을까? 나노바구니 보다 더 좋은 아이디어를 생각해낸 연구팀이 있다. 자석박테리아를 이용해서 암 치료 약물을 효과적으로 암세포에 전달할 수 있는 기술을 미국 국립 생의학이미지 및 의공학 연구기관(NIBIB)의 마르텔 연구팀이 개발해서 2016년에 네이처 테크놀로지 학술지에 발표했다. 암을 치료하는 데에 자석박테리아를 사용한다니 놀라운 아이디어다. 이 연구팀은 자석박테리아를 암이나 종양의 치료 약물을 효과적으로 전달하기 위한 운반체로 사용할 수 있다는 아이디어를 생각해냈다. 바로 마그네토코쿠스(Magnetococcus marinus)라고 불리는 자석박테리아를 나노바구니처럼 이용해서 약물을 암세포에만 전달하도록 하자는 것이다. 쉽게 말하면 이렇다. 나노바구니 아이디어는 약물이 담긴 작은 배를 그냥 강물에 띄워 놓고 바람과 물결에 밀려 떠다니다가 어쩌다 도착하는 강변에서만 약물을 방출하는 것이라 할 수 있다. 그런데 자석박테리아를 이용하는 아이디어는 모터가 달린 보트에 약물을 싣고 강물을 따라 이동하면서 가고 싶은 곳으로 찾아가서 목표지점에 정확히 도착해서 약물을 방출하자는 것이다. 여기서 자석박테리아가 바로 이 모터보트의 역할을 한다. 그럼 모터보트 역할을 하는 마그네토코쿠스 자석박테리아가 어떻게 움직이는지 살펴보자. 이 자석박테리아는 두 가지 네비게이션 시스템을 가지고 있다. 하나는 자석박테리아 몸속에 있는 매우 작고 길게 연결된 여러 개의 나노결정체 자석들이 나침반의 바늘처럼 지구의 자기장을 감지하는 것이다. 이것을 이용해서 특정한 방향으로 이동해갈 수 있다. 다른 하나는 산소 농도를 감지하는 센서를 가지고 있어서 자기가 좋아하는 산소가 희박한 곳으로 이동해갈 수 있다. 이 연구팀은 이와 같은 자석박테리아가 가진 네비게이션 기능을 이용해서 약물을 암세포에게만 전달하는 기술을 개발했다. 암에 걸린 생쥐를 이용해서 마그네토코쿠스 자석박테리아를 주입하는 실험을 하였는데 살아있는 자석박테리아, 죽은 자석박테리아, 박테리아 크기의 작은 입자, 이렇게 세 가지 종류의 시료를 생쥐에 주입했다. 생쥐의 암세포가 있는 부위 근처에 이 세 가지 시료를 주입하고 컴퓨터로 자기장을 조종하면서 주입한 세 가지 시료들이 어디로 움직이는지를 관찰했다. 실험 결과 죽은 자석박테리아와 작은 입자는 거의 암세포에 가까이 가지 않았다. 그렇지만 살아있는 자석박테리아는 암세포들이 뭉쳐있는 그 안쪽으로 들어갔고 특히 산소 농도가 낮은 곳으로 이동해 들어간 것을 연구원들이 관찰하였다. 다음 단계로 이 연구팀은 살아있는 자석박테리아에 약물을 붙여서 암세포로 전달하는 것이 가능한지 실험했다. 약물을 가진 70 마리의 살아있는 자석박테리아를 연구원들이 만들어서 암에 걸린 생쥐에 주입한 후에 컴퓨터로 자기장을 조절하며 지켜봤다. 주입한 약물을 가진 자석박테리아의 55퍼센트가 암세포 덩어리 속으로 들어가는 것을 관찰했다. 이 연구결과는 위에 설명한 약물이 담긴 나노바구니를 암세포에 전달했을 때에 약 2퍼센트 정도밖에 암세포에 전달되지 않는 것에 비하면 우수한 결과라고 연구원들을 설명했다. 그런데 살아있는 박테리아를 약물을 전달하는 데 이용해서 우리 몸속에 주입하면 몸에 해롭지 않을까? 라는 걱정이 들 수 있다. 이에 대해 연구원들은 생쥐에 주입된 박테리아는 30분 이내에 죽기 때문에 살아있는 박테리아를 이용한다고 해서 우리 몸에 해롭지 않다고 설명했다. 이처럼 암환자를 치료하는 과정에서 건강한 세포에 해를 끼치지 않고 암세포에만 약물을 전달하는 기술로서 나노바구니와 자석박테리아 등을 이용하는 방법들이 개발되고 있다. 그러나 아직 연구개발의 초기단계여서 현재로서는 가능성을 보여주는 정도의 단계이므로 실제로 환자에게 사용되기 위해서는 앞으로 더 많은 연구가 진행되어야 한다. 줄기세포 조종하기 줄기세포는 우리 몸의 여러 장기 세포로 분화할 수 있는 세포다. 따라서 줄기세포를 이용해서 손상된 장기를 치료하기 위한 의료기술이 요즘 활발하게 연구되고 있다. 그런데 줄기세포를 어떻게 특정 장기의 위치까지 보낼 수 있을 것인지가 문제다. 즉 심근경색 환자를 치료하기 위해서 심근 줄기세포를 심장으로 보내야 하는데 그냥 보내면 대부분은 혈액을 통해 빠져나가 버린다. 주입한 줄기세포 중 5퍼센트 정도만 목표 부위에 안착한다는 연구결과가 2004년에 란세트 학술지에 보고되었다. 어떻게 하면 이 문제를 해결할 수 있을까? 바로 위에서 나노자석을 가지고 있는 자석박테리아를 외부에서 자기장으로 조절해서 원하는 곳으로 이동해 보내는 방법을 살펴봤다. 안타깝게도 줄기세포는 세포 안에 나노자석이 없어서 외부 자기장에 반응하지 않는다. 그렇다면 줄기세포에 나노자석을 넣어주는 것은 어떨까? 최근 과학자들이 이런 재밌는 꾀를 냈다. 그럼 일반 자석을 하나 가져다가 열심히 갈아서 가루로 만든 다음에 줄기세포에 넣으면 어떨까? 가능할 것으로 보이지만 자석 가루 하나의 크기가 줄기세포 하나만큼이나 커서 현실적으로 어렵다. 또한 더 작은 가루로 만든다고 하더라도 작은 자석 가루들은 서로 달라붙어서 큰 덩어리가 되기 때문에 이것을 줄기세포에 집어넣는 것은 어렵다. 서울대학교 박태현 교수 연구팀은 자석박테리아의 나노자석을 뽑아서 줄기세포 안에 넣으면 될 것이라는 멋진 아이디어를 냈다. 연구원들은 자석박테리아를 많이 배양한 후 박테리아를 깨뜨려서 나노자석만 모았다. 이렇게 얻은 나노자석을 줄기세포가 자라는 배양액 용액에 풀어놓아서 줄기세포가 자라면서 자연스럽게 나노자석이 세포 안으로 들어가도록 했다. 이렇게 해서 나노자석이 많이 들어간 줄기세포를 만들었다. 이후 나노자석을 가진 세포들이 네오디뮴 영구자석 쪽으로 끌려오는 것을 현미경으로 관찰했다. 이 연구결과를 박태현 교수 연구팀은 2006년에 발표하였으며 특허출원도 했다. 이처럼 세포 내에 나노자석을 넣어서 조종하는 방법이 세포에 해롭지 않은지 확인할 필요가 있다는 의견을 제기하는 다른 과학자들도 있다. 만약 나노자석이 독성을 가지고 있으면 실제로 우리 몸에 쓸 수가 없기 때문이다. 따라서 이와 같은 나노자석의 독성에 관한 연구도 진행하여 안전한지 점검해가며 기술을 개발하는 것이 좋다. 향후 나노자석을 가진 줄기세포를 이용하여 외부 자기장에 의해 줄기세포를 원하는 방향으로 이동시키는 기술이 어떻게 발전할지 궁금해진다.


 
   
 

 

 

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