원자 하나 바꿨더니…암세포 사멸 방식 '아폽토시스↔파이롭토시스' 전환

중국 연구진이 구리 나노클러스터에 부착된 원자 단 하나를 바꿔 암세포의 사멸 방식을 완전히 전환하는 데 성공했다.

지난 6월 26일 국제학술지 '스몰(Small)'에 게재된 논문에 따르면, 중국 중난대학의 둥주신, 류차오 교수 연구팀은 리간드 공학을 이용해 두 종류의 구리 나노클러스터('Cu13-OH', 'Cu13-F')를 개발, 암세포 사멸 경로를 선택적으로 유도할 수 있음을 입증했다.

두 나노클러스터는 'Cu₁₃'라는 동일한 금속 핵을 가졌지만, 리간드의 작용기만 수산기(-OH)와 불소(-F)로 다르다. 이 미세한 원자 하나의 차이가 세포 내에서 전혀 다른 항암 효과를 나타냈다.

'Cu13-OH'는 주로 암세포의 세포막 표면에 달라붙어 나노 가시 형태의 돌기를 형성한다. 이는 세포 골격 구조를 파괴하고 'PI3K-AKT' 신호 전달 경로를 억제해 카스파제(caspase) 의존적인 세포자살(아폽토시스)을 일으켰다.

반면 불소로 변형된 'Cu13-F'는 세포 내 흡수 효율이 더 높고 더 강력한 활성산소(ROS)를 생성했다. 이를 통해 '카스파제-4/가스더민D(Gsdmd)' 경로를 활성화해 세포가 터져 죽는 염증성 괴사인 파이롭토시스(pyroptosis)를 유도했다.

파이롭토시스는 세포자살과 달리 면역 반응을 촉발하는 물질들을 방출해 전신적인 항암 면역을 활성화할 수 있다는 장점이 있다. 특정 경로를 통해 파이롭토시스를 정밀하게 유도하는 것은 항암 치료의 중요한 과제 중 하나였다.

연구팀이 자궁경부암 동물 모델을 대상으로 진행한 체내외 실험에서 두 나노클러스터 모두 우수한 종양 선택성과 낮은 전신 독성을 보였다. 특히 'Cu13-F'는 낮은 투여 용량에서도 뛰어난 항암 효능을 보여 치료 잠재력을 입증했다.

연구팀은 이번 연구가 리간드 공학을 통해 프로그램 세포 사멸 경로를 정밀하게 제어하는 효과적인 전략임을 보여준다고 설명했다. 원자 수준의 미세한 조절만으로 종양 선택성이 높은 나노의약품을 설계할 수 있는 새로운 패러다임을 제시했다는 평가다.