3월 과학기술인상, 서울대 김대덕 교수 선정

- 나노 약물전달시스템 연구의 새로운 패러다임 제시
- 설계 전략 선진화로 체외 배설 가능한 초소형 종양 표적화 나노입자 개발

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 3월 수상자로 서울대학교 약학대학 제약학과 김대덕 교수를 선정했다고 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다. 과기정통부와 연구재단은 김대덕 교수가 나노입자를 이용한 항암제 표적화 연구를 통해 나노 약물전달시스템(drug delivery system)*  연구의 새로운 패러다임을 제시한 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.

* 약물전달시스템 : 약물의 투여속도와 투여경로, 형태 등을 조절하여 의약품의 부작용은 최소화하고 원하는 치료 효과를 극대화하는 시스템.

  세계적으로 나노물질 기반의 약물전달시스템을 이용하여 항암제를 암조직에만 효과적으로 전달하고 부작용을 줄이기 위한 표적화 연구가 활발하다. 하지만, 기존의 설계 방법으로 제작한 나노 약물전달시스템은 종양으로 전달률은 높지만 크기가 커서 신장을 통해 체외로 배설이 불가능하다. 그 결과 간이나 비장 같은 정상조직이 약물에 노출될 가능성이 존재하여 잠재적인 독성 문제 우려로 임상 적용이 제한적이었다.
  김대덕 교수는 신장으로 배설 가능한 크기의 초소형 나노 약물전달시스템 제형*을 개발하여 약물의 암조직 표적성은 유지하면서 일반 장기로의 축적을 최소화하는 약물전달시스템의 새로운 패러다임을 제시하였다. 

 * 제형 : 의약품을 정제, 산제, 연고제, 주사제 등 사용 목적이나 용도에 맞는 형태로 만든 것.

  김 교수팀이 개발한 나노 약물전달시스템 제형은 크기가 7나노미터보다 작아 신장을 통해 배설이 가능하며, 나노입자 구조의 최적화 설계로 약물을 암조직에 균질하게 침투시키는 동시에 종양 조직과 정상 조직에 대한 잔류 정도를 선택적으로 조절할 수 있다.
  또한 새로운 나노 약물전달시스템 제형은 주사제 등 의약품 첨가제로 사용되며 안정성이 입증된 사이클로덱스트린(cyclodextrin)을 기반으로 개발되어 임상 적용 가능성을 높였다. 관련 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 2023년 8월 게재되었다.
  김대덕 교수는 “이번 연구를 통해 새로운 약물전달시스템 제형이 암조직 표적화 능력을 유지하며 일반 장기로의 축적을 최소화할 수 있음을 입증하여 향후 다양한 질환에도 활용 가능할 것으로 예상된다”며 “이번 연구 결과가 나노 약물전달시스템 연구 분야의 새로운 전략이 되길 기대한다”고 수상 소감을 밝혔다.

[주요 연구성과 설명]

<나노약물전달시스템 연구의 새로운 패러다임 제시>

1. 나노입자의 종양 침투에 대한 종양미세환경의 특징 및 약물전달시스템 연구의 도전

기존 의료용 나노입자는 종양으로의 입자 전달률을 높이기 위해 EPR(enhanced permeability and retention) 이론을 기반으로 설계되었다. 이는 신장 배설이 불가능한 크기를 기본으로 한다. 하지만 신장 배설이 불가능한 나노입자는 정맥 주입 후, 체외로 배설되기 어렵다. 즉, 정상조직에도 나노소재 및 항암제의 노출이 증가되는 위험이 있다. 이에 따라 최근 종양 표적화 나노입자 제형 연구는 종양으로 나노입자를 균질하게 깊이 침투시키는 방법과 종양 이외의 체내 장기에 잔류하는 다량의 나노입자를 줄이는 두 가지 도전이 동시에 요구된다.

2. 신장으로 배설되는 초소형 나노 약물전달시스템 설계 전략으로 항암제의 암조직 표적성 향상

나노 약물전달시스템을 활용하여 암조직으로 항암제를 표적화시키려는 도전이 계속되고 있다. 그러나, 기존의 나노전달체들은 신장으로 배설되지 못하는 크기이기 때문에 간이나 비장 같은 정상조직에도 많이 축적되어서 약물의 부작용을 발생할 가능성이 있다. 이에 기존 의약품 첨가제로 사용되고 있는 사이클로덱스트린을 기반으로 하는 초소형 나노전달시스템을 설계하여 암조직으로의 표적성은 유지하면서 일반 장기로의 축적을 최소화하여 항암제의 부작용을 획기적으로 줄이는 방법을 보고하였다.

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