요약
본 발명은 ROS/GSH 이중 반응성 세포 외 소포체를 활용하여 암 치료에 사용되는 약물과 초음파 감작제를 세포 안으로 효과적으로 전달하는 방법을 제시합니다. 세포 외 소포체는 세포에서 나오는 아주 작은 부품으로, 디셀레나이드라는 물질을 포함하고 있어 초음파를 통해 발생하는 ROS 또는 암세포 내의 높은 GSH 농도에 반응하여 분해됩니다. 이를 통해 암 치료의 효과를 높일 수 있습니다. 본 기술은 암 치료뿐만 아니라 다양한 질병의 치료에도 활용될 수 있으며, 영상 진단과 동시에 치료가 가능하여 환자의 치료 과정을 단축시키고 치료의 효과를 극대화시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 디셀레나이드 함유 탄화수소를 포함하고 미토콘드리아 표적형 초음파감작제가 탑재된 ROS/GSH 이중 감응성 세포 외 소포체 및 이를 이용한 초음파역학 치료제
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대표 발명자: 심민석 교수
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출원번호: 10-2023-0012176
발명의 배경 및 필요성
기술 배경과 한계
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활성 산소종(ROS)을 이용한 암 치료 방법이 주목받고 있지만, 광역학 요법(PDT)와 초음파역학 치료(SDT) 등의 깊은 조직에 대한 치료 한계가 존재함
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암세포에 특정 초음파를 정밀하게 집중시키는 기술과 암조직 주변의 미세환경을 이용한 암 치료 방법이 필요함
기술 개발의 중요성
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초음파감작제의 암세포 내 전달 효율을 향상시키고, 능동적으로 약물을 방출할 수 있는 방법이 필요함
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안전하고 생체 적합성인 나노전달체 개발과 암세포를 효과적으로 파괴하면서 주변 정상 세포에 대한 손상을 최소화하는 방법이 요구됨
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본 발명의 목적은 ROS/GSH 이중감응성 신규 화합물, 이를 포함하는 세포 외 소포체 및 이의 용도를 제공하는 것임
구현방법
기술 원리 및 구현 방법
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이 기술은 ROS/GSH 이중 반응성 세포 외 소포체를 활용하여 암 치료에 사용되는 약물과 초음파 감작제를 세포 안으로 효과적으로 전달하는 방법을 제시
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세포 외 소포체는 세포에서 나오는 아주 작은 부품으로, 디셀레나이드라는 물질을 포함하고 있어 초음파를 통해 발생하는 ROS 또는 암세포 내의 높은 GSH 농도에 반응하여 분해
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연구팀은 세포 외 소포체를 만들 때, 엑소좀이라는 세포에서 자연적으로 생성되는 나노 크기의 막 소포를 사용
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이 세포 외 소포체에는 초음파를 통해 미토콘드리아 내에서 활성 산소를 생성하여 미토콘드리아를 파괴하고, 이를 통해 에너지 생성을 차단하여 세포 사멸을 유도하는 미토콘드리아를 표적으로 하는 초음파 감작제와 항암제를 함께 첨가함
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이 세포 외 소포체는 초음파에 반응하여 활성산소종을 생성
기술 특장점
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이 기술은 암 치료에 사용되는 약물과 초음파 감작제를 세포 안으로 효과적으로 전달하여 암 치료의 효과를 높임
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세포 외 소포체의 디셀레나이드가 초음파나 암세포 내의 높은 GSH 농도에 반응하여 분해되는 특성을 활용하면, 약물을 세포 안으로 더욱 효과적으로 전달
실험 및 결과
실험 목적 및 방법
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이 실험의 주 목적은 ROS/GSH 이중 반응성 세포 외 소포체를 활용하여 암 치료에 사용되는 약물과 초음파 감작제를 세포 안으로 효과적으로 전달하는 기술의 효과를 검증
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세포에 TPP-IR780, EV(TPP-IR780) 및 디셀레나이드 세포 외 소포체를 처리한 후, 세포를 새로운 배양 배지[MEM/EBSS/10% FBS]로 배양하고, 세포에 0.3 W/cm2의 1 MHz US를 조사
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동물실험은 인천대학교 동물실험실무위원회의 승인을 받아 진행
실험 결과 및 해석
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세포 외 소포체에서 질병 또는 암 관련 경로에 관련된 분자가 증가되지 않으며, 동물 연구에서 독성 및 면역 반응이 일반적으로 경미하다는 것을 입증함
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세포 내부의 높은 GSH 농도가 세포 외부의 소포체에 포함된 디셀레나이드를 분해함으로써 약물(FX11 등)의 방출 효율을 증가시키는 것을 발견함
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결과적으로 TPP-IR780이 세포 내 미토콘드리아에 40% 이상 더 많이 축적되는 것을 확인함
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마우스의 몸무게 변화를 통해 확인한 결과, 모든 샘플이 마우스에게 큰 독성을 가지지 않음을 확임함
발명의 활용 방안
암 치료와 영상 진단
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본 발명은 초음파를 이용하여 암세포에만 집중적으로 작용하여 세포를 소멸시킬 수 있음
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항암제를 탑재하면 초음파에 의해 필요한 시점에 약물을 방출하여 암세포에 표적을 맞춘 항암 치료를 실현할 수 있음
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세포 외 소포체에 초음파감작제를 탑재하면, 초음파역학 치료 효과가 현저히 개선될 수 있음
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세포 외 소포체에 함유된 디셀레나이드는 CT 조영제로 활용될 수 있어, 영상화와 동시에 초음파역학 치료가 가능함
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이를 통해 영상 진단과 동시에 초음파 역학 치료가 가능한 테라그노스틱(theragnostic) 초음파역학치료제로 활용될 수 있음
기대효과
기술적 혁신과 사회적 가치
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본 발명은 초음파와 약물 반응을 이용한 새로운 암 치료 방법을 제시함
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디셀레나이드가 함유된 탄화수소를 세포 외 소포체에 혼입하는 것은 기존의 세포 외 소포체에 셀레늄을 부착하는 기술보다 더 높은 비율로 셀레나이드 함유 탄화수소를 혼입시킬 수 있어, ROS/GSH 반응성을 크게 개선하고 약물 방출량을 극대화시킬 수 있음
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본 발명은 암세포만을 표적으로 치료하는 방법을 제공함으로써 암 치료 방법의 효율성을 높임
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또한, 암 환자의 질병 부담을 줄이고 생활의 질을 향상시키는 데 기여할 수 있음
장래의 전망
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본 발명의 기술이 적용된 약물은 암 치료뿐만 아니라 다양한 질병의 치료에도 활용될 수 있을 것으로 보임
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또한, 영상 진단과 동시에 치료가 가능하므로 환자의 치료 과정을 단축시키고 치료의 효과를 극대화시킬 수 있을 것으로 기대됨
시장 동향
암 치료 시장 동향
영상 진단 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
암 치료 효과 향상
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ROS/GSH 이중 반응성 세포 외 소포체를 활용하여 암 치료에 사용되는 약물과 초음파 감작제를 세포 안으로 효과적으로 전달하여 암 치료의 효과를 높일 수 있습니다.
약물 전달 효율 증가
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세포 외 소포체의 디셀레나이드가 초음파나 암세포 내의 높은 GSH 농도에 반응하여 분해되는 특성을 활용하면, 약물을 세포 안으로 더욱 효과적으로 전달할 수 있습니다.
Weaknesses
약물 전달 효율의 한계
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약물 전달 효율이 높아지긴 하지만, 아직까지는 100%에 가깝게 약물을 전달하는 것은 어렵습니다.
약물 반응 속도의 제한
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세포 외 소포체의 디셀레나이드가 초음파나 암세포 내의 높은 GSH 농도에 반응하여 약물을 방출하는데 시간이 필요합니다.
Opportunities
암 치료 분야의 확장 가능성
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이 기술은 암 치료뿐만 아니라 다양한 질병의 치료에도 활용될 수 있을 것으로 보입니다.
치료 과정의 단축
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영상 진단과 동시에 치료가 가능하므로 환자의 치료 과정을 단축시키고 치료의 효과를 극대화시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.
Threats
기존 암 치료법과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 다른 암 치료법들과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
약물 반응 속도의 제한
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세포 외 소포체의 디셀레나이드가 초음파나 암세포 내의 높은 GSH 농도에 반응하여 약물을 방출하는데 시간이 필요하므로, 급성 암 환자의 치료에 제한이 있을 수 있습니다.
Summary
Strengths
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암 치료 효과를 향상시키고, 약물 전달 효율을 증가시키는 기술입니다.
Weaknesses
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약물 전달 효율의 한계와 약물 반응 속도의 제한이 있습니다.
Opportunities
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다양한 질병의 치료에 활용 가능하며, 치료 과정을 단축시킬 수 있습니다.
Threats
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기존 암 치료법과의 경쟁과 급성 암 환자의 치료에 제한이 있습니다.
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