[한국대학신문 조영은 기자] 윤태종 아주대학교(총장 박형주) 교수 연구팀과 조영석 가톨릭대학교(총장 원종철) 교수 연구팀이 나노-유전자 가위 기술을 활용해 대장암 치료제를 개발하는 데 성공했다. 현재 널리 쓰이고 있는 대장암 항암제에 치료 효과를 보이지 않는 유전자 변이 대장암 환자들을 위한 치료법이다.

윤태종 아주대 교수와 조영석 가톨릭대 교수는 나노 전달체에 유전자 가위 단백질 구조체를 탑재하는 방식을 통해 유전적 이상 부위를 효과적으로 편집함으로써 새로운 대장암 치료제를 개발했다. 관련 내용은 저명 학술지 <나노 리서치(Nano Research)> 4월 4일자 온라인판에 게재됐다. 논문 제목은 ‘항암제 내성 대장암을 치료하기 위한 유전자 편집 나노 입자 시스템의 치료적 접근(Gene editing particle system as a therapeutic approach for drug-resistant colorectal cancer)’이다.

윤 교수팀이 개발한 방법은 현재 대장암 치료를 위해 널리 사용되고 있는 약물에 저항성을 가져 치료가 어려웠던 환자들을 위한 것이다. 세툭시맙(cetuximab) 항암제는 대장암 치료를 위해 많이 쓰이고 있지만 암세포의 성장과 관련된 KRAS 유전자의 변이로 인해 치료 효과를 보지 못하는 환자가 많다는 점이 한계로 지적돼 왔다.

대장암은 현대인의 식습관과 생활방식 탓에 지속적으로 발생이 증가하는 질병이다. 때문에 치료제 개발이 매우 활발히 진행되고 있으며, 주로 항체를 기반으로 한 약물이 사용되고 있다. 이 때 쓰이는 약물은 EGFR 수용체에 결합, 암세포의 성장과 생존을 억제함으로써 치료 효과를 보인다. 그러나 대장암 환자 중 60% 정도는 약물에 저항을 나타내 더 이상 치료효과를 보이지 않는 것으로 알려져 있다. 이러한 경우는 암세포 성장과 관련된 KRAS 유전자의 변이에 의한 것으로, 관련된 환자들의 경우 예후가 매우 좋지 않다.

많은 연구자들이 KRAS 유전자 변이에 의한 암을 치료하기 위해서 노력하고 있으나, 유전자 변이로 인해 지속적으로 암이 재발하면서 근본적 치유 방법에 대한 연구가 요구돼 왔다. 때문에 유전자 가위 기술을 활용하는 것이 대안으로 제시되돼왔으나, 단백질 형태의 유전자 가위 소재가 체내에서 안정성이 크게 저하되어 효율성 문제의 해결이 쉽지 않았다.

이에 윤태종 교수 연구팀은 나노 전달체에 유전자 가위 단백질 구조체를 탑재해 유전적 이상 부위를 효과적으로 편집함으로써, 높은 치료 효과를 거둘 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 나노 리포좀 구조체를 사용해 KRAS 유전자 변이 부위를 편집할 수 있는 유전자 가위 단백질 소재를 탑재했다. 또한 이 나노 구조체 표면에 대장암 표적을 위한 항체를 도입함으로써, 유전자 가위 소재의 안정성과 치료 효과를 극대화할 수 있음을 확인했다. 생체 내 실험(in vivo)에서 암조직으로의 유전자 가위 소재 전달 효율은 60%에 달했으며, 동물 모델에서의 치료 효과는 대조군 대비 높은 치료 효과를 보였다.

윤태종 교수는 “기존 유전자 형태의 유전자 가위 소재는 바이러스 전달체를 이용, 생체에 적용하는 구조로 전달 효율이 낮고 원치 않는 부위까지 편집하게 되는 부작용(off-target 효과)이 문제였다”며 “이에 대안으로 단백질 구조체로 이뤄진 유전가 가위 소재가 부상했지만, 생체 내 주입 이후 효소들에 의해 분해되면서 전달·편집 효율이 낮아 한계를 보여 왔다”고 설명했다.

이에 윤 교수 연구팀은 생체 적용이 가능한 소재로 이뤄진 나노 구조체를 발굴해 적용했다. 유전자 가위 기술을 이용해 유전자적 문제 부위를 편집하면 근본적 치료 가능성이 높아지나, 체내 주입 시 안정성이 떨어졌던 문제를 극복해냈다.

윤 교수는 “지금 현재는 암 치료를 위해 시험관 환경(in vitro)에서 면역 세포의 활성을 조절하는 수준의 유전자 가위 기술이 사용되고 있다”며 “앞으로는 직접 체내 주사를 통해 치료 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.

KRAS 유전자 변이에 의한 암은 대장암뿐 아니라 췌장암, 폐암, 난소암 등 많은 암 질환과 관련되어 있어, 치료가 어려운 암 질환의 극복을 위해서는 나노-유전자 가위 기술에 대한 연구가 더욱 긴요하다.

한편 윤태종 교수는 20여 년간 다양한 바이오 물질을 효과적으로 세포나 조직에 전달할 수 있는 나노 소재를 연구해온 전문가다. 최근에는 유전자 가위 기술의 한계로 지적돼 온 낮은 체내 안정성과 세포 침투율, 국부 치료가 불가능하다는 문제점 등을 극복하고자 나노 기술을 접목하는 연구에 집중해 왔다. 윤 교수는 아주대 산학협력단 산하의 엔포유 기술지주회사 ㈜무진메디의 대표를 맡고 있고 이 회사를 통해서 임상 시험을 진행할 계획이다.