노영훈 교수팀, 표적항암치료를 위한 차세대 RNA 혁신신약 나노전달플랫폼 개발 성공

고분자화된 RNA 약물이 탑재된 나노 입자의 크기 및 표면 개질로 특정 장기 표적 전달법 제시

나노과학 분야 세계적인 학술지 ‘ACS Nano’게재 및 저널 커버 선정

[사진 1. (윗줄 왼쪽부터 시계방향으로) 김태형 박사, 한화승 박사, 양경직 박사, 노영훈 교수, 최기영 교수, 박현우 교수]

생명공학과 노영훈 교수팀이 강릉원주대 최기영 교수팀과 RNA 나노기술로 나노 입자의 크기 및 표면을 개질해 고분자화된 RNA 약물을 효율적으로 전달하는 나노 입자를 개발했다. 이번 연구로 RNA 혁신신약의 개발이 기대되며, 암 치료에 있어 기존 약물보다 부작용이 적고 효과적인 치료가 가능할 것으로 전망된다.

대중에게 널리 알려진 대표적인 RNA 약물인 mRNA 백신 시장은 코로나 팬데믹을 계기로 2021년 88조 원에서 2027년 173조 원까지 증가해 연평균 성장률 11.9%를 보이고 있다. 또한 RNA 치료제 시장은 신약 개발로 2021년 6.5조원에서 2030년 32.6조원까지 증가해 연평균 성장률이 17.6%로 예상된다. 이처럼 RNA 약물 관련 시장은 점차 커지고 있으며, 앞으로도 높은 성장을 이룰 것으로 평가된다.

기존 RNA 치료제는 저분자화합물에 비해 큰 분자량과 낮은 안정성 때문에 원하는 표적 부위로 정교하게 전달하기 어려웠다. 이를 극복하기 위해 노영훈 교수팀은 RNA를 나노 입자에 고분자화해 전달 효율을 높였다. 크기, 모양, 표면 등 나노 입자의 물리화학적 특성은 혈액 내 생체 환경에서 입자와 표적 장기의 상호작용에 큰 영향을 미치기 때문에, 연구팀은 입자의 크기 및 표면을 개질하면 나노 입자의 전달 패턴을 용이하게 조절할 수 있을 것이라 판단했다.

[그림 1. 핵산나노공학 기술을 활용한 고분자화된 RNA 나노 입자의 크기 및 표면 개질 모식도]

이에 핵산나노공학 기술을 이용해 고분자화된 RNA 약물 합성과 동시에 나노 입자에 고농도의 약물을 탑재했다. 또한 나노 입자의 크기 및 표면을 정교하게 개질하기 위해 나노적층기술과 기능성 생체고분자를 도입해 입자별 암을 포함한 표적 장기 전달이 가능하게 했다.

RNA 약물 합성에는 RNA 나노기술인 회전환복제기작 방법을 활용했으며, RNA 약물의 시퀀스 정보를 서로 연결해 고분자화 및 나노입자화 했다. 또한 RNA 입자를 보다 정교하게 조절하기 위해 입자 크기에 영향을 미치는 ‘디티오트레이톨(DTT)’와 ‘리보뉴클레오타이드(rNTP)’의 비율을 조절해 효소 반응을 진행했다. 여기에 3종류의 생체고분자인 폴리라이신, 폴리글루탐산, 히알루론산과의 정전기적 응축과 층상자기조립 단계를 거쳐 RNA 나노 입자의 크기 및 표면 개질을 진행했다.

[그림 2. 개발된 RNA 나노 입자 및 표적항암치료 모식도]

이러한 기술을 통해 개발된 9종의 나노 입자는 우수한 생체 내 안정성을 보였으며, 입자의 크기 및 표면의 종류에 따라 암 표적 효율과 표적 장기 전달률이 변화했다. 특히 입자의 표면이 히알루론산이고, 입자의 크기가 클수록 암 표적 기능이 매우 우수했다. 이를 유방암 동소이식 동물 모델에 주사 투여했을 때, 고분자화된 RNA의 전달 효율 및 치료 효과가 다른 나노 입자 대비 최대 20배까지 증가했다.

노영훈 교수는 “이번 연구는 RNA 나노기술과 생체고분자 적층 나노기술을 융합하고, 입자의 크기 및 표면을 정교하게 조절해 안정적으로 고효율의 RNA 치료제를 전달한 연구”라며, “개발된 RNA 나노전달플랫폼은 감염병 예방 백신, 치료용 암 백신 등 mRNA를 포함한 다양한 약물 타입의 적용이 가능하며, 표적 장기 전달 기능이 있어 개인맞춤형 RNA 혁신신약 개발이 가능할 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

박현우 교수(AST암전이연구단 단장)는 “개발된 RNA 혁신신약에 AST 제어 기술을 적용하면 차세대 항전이 핵심 치료제 개발과 함께 관련 연구분야를 새롭게 선도할 수 있을 것으로 기대한다.”고 전했다.

한편, 이번 연구 성과는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 과학기술정보통신부 과학난제도전 융합연구개발사업 등의 지원으로 수행됐으며, 연구의 우수성과 독창성을 인정받아 나노 및 재료 과학 분야의 국제 학술 권위지 ‘ACS Nano(IF 17, JCR 상위 5%)’에 출간됐다.

[그림 3. ACS Nano 저널 2024년 3월호 논문 표지]

연구에는 김태형 박사, 양경직 박사, 강릉원주대 한화승 박사가 공동 제1저자로, 김영민 박사, 남건욱 박사, 박경훈 학생, 강릉원주대 최승용 박사, 박현우 교수가 공저자로, 강릉원주대 최기영 교수와 노영훈 교수가 교신저자로 참여했다.

논문정보

● 논문 제목: 

Nanoengineered Polymeric RNA Nanoparticles for Controlled Biodistribution and Efficient Targeted Cancer Therapy

● 논문 주소: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c10732