인공 '엑소좀'으로 암세포에 치료물질 직접 투입 가능성 열려

UNIST 바이오메디컬 공학과 조윤경 교수
IBS 첨단연성물질 연구단 연구통해 성과
의학적 활용 기대..나노 알약으로 활용될 가능성 제기
인공 엑소좀, 유방암 모사 스페로이드의 내부 전달 확인

[연구그림 1] 엑소좀 융합 반응 (a) 표면에 카테콜기를 갖도록 개질된 엑소좀(CEx)을 금속이온과 함께 반응시켜 엑소좀 융합을 유도하는 원리. (b) 카테콜기를 갖도록 개질된 엑소좀(CEx) 및 금속염의 액상 용액이 오일 용액과 만나 직경 10 μm의 물방울 반응기를 만드는 미세유체 액적 반응기칩. (c) 동적 광산란법으로 측정한 융합 전 엑소좀 (CEx-1: 121 ± 8 nm, CEx-2: 123 ± 5 nm)과 융합 후 엑소좀 (FEx: 265 ± 14 nm)의 크기 분포로 크키가 2배 이상 커짐.

【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질 연구단 조윤경 그룹리더(UNIST 바이오메디컬 공학과 교수) 연구진은 살아있는 세포 간 정보전달체 엑소좀(exosome, 세포외소포체)을 리프로그래밍해 세포 내에서 에너지 생성이 가능한 인공 세포 소기관을 개발했다고 14일 밝혔다. 엑소좀은 조직 깊은 곳까지 침투할 수 있어, 기존 한계를 뛰어 넘는 새로운 약물 전달 시스템을 제시할 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질 연구단 조윤경 그룹리더(UNIST 바이오메디컬 공학과 교수)

연구팀은 나노 크기 엑소좀이 살아있는 세포 간 효율적 정보전달체임에 착안했다. 이에 세포 크기의(직경 ~ 10 μm, 부피 1 picoliter 이하) 액적 기반 미세유체 반응기를 이용, 두 종류의 엑소좀이 합쳐지면서 내부 물질끼리 화학반응이 일어나 융합되는 것을 확인했다. 또한, 엑소좀 내부 및 막단백질에 서로 다른 효소를 갖고 있는 엑소좀의 융합 반응을 통하여 생촉매 반응을 성공적으로 제어했다.

[연구그림 3]. (a) 에너지 생성을 위한 인공 세포 소기관 (FEx-1) 모식도. 엑소좀 막과 내부에 각각 ATP 합성효소와 글루코오스산화효소를 탑재한 엑소좀 (ATPsyn-CEx-GOx)와 bo3 산화효소와 HRP효소를 탑재한 엑소좀 (bo3Oxi-CEx-HRP)의 융합에 의해 만들어진 인공 세포소기관으로 ATP 생산을 하여 저산소 조건에 있는 세포까지 에너지 공급. (b) MCF-10A 스페로이드 내부까지 전달된 FEx-1(로다민 B 표지) 나노반응기 및 대조군(로다민 B 표지 HRP). 융합된 엑소좀이 세포 안에 침투할 수 있음을 증명. (c) 인공 세포 소기관 (FEx-1) 처리 후 스페로이드의 활성산소(ROS) 수준.

특히 이번에 개발한 인공 엑소좀은 의학적 활용 가능성도 클 것으로 기대된다.

연구진은 세포의 에너지 원천인 생체에너지(ATP)를 합성시킬 수 있는 효소들을 인공 엑소좀에 포함시켜, 살아있는 세포 내에서 ATP를 만들어내는 인공 합성 엑소좀의 생성을 확인했다.

나아가 인공 엑소좀이 유방암 모사 스페로이드의 내부 깊숙한 부분까지 전달되었음도 보였다.

이로써 인공 엑소좀이 저산소증으로 손상된 세포에 에너지를 공급하는 나노 알약으로 활용될 가능성을 보였고, 종양 중심부의 생체에너지(ATP) 부족 현상 규명에도 새로운 전략을 제시할 것으로 기대된다.

수밋 쿠마 IBS 첨단연성물질 연구단 리서치펠로우, 공동 제1저자

연구를 이끈 조윤경 그룹리더은 “인공 엑소좀을 통해 살아있는 세포에 보다 효율적인 물질 전달 방법을 제시했다”며 “향후 엑소좀의 내부와 표면에 부가적인 기능을 탑재한 인공 세포 소기관을 만드는 연구를 계속할 예정이다”라고 말했다.

연구결과는 나노분야 세계적 학술지인 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis, IF 41.813)에 표지논문으로 9월 14일 0시(한국시간) 게재됐다.

[e-mail] 최수상 기자