쥐를 대상으로 실시된 연구는 어떻게 이 작은 나노머신이 소변에 존재하는 요소에 의해 추진되고 종양을 정확하게 표적으로 삼아 표면에 운반된 방사성 동위원소로 종양을 공격하는지 보여줍니다. IBEC와 CIC biomaGUNE이 주도한 이 연구는 방광암에 대한 새롭고 보다 효율적인 치료법의 문을 열었습니다.

방광암은 세계에서 발생률이 가장 높은 암 중 하나이며 남성에게 네 번째로 흔한 종양입니다. 상대적으로 낮은 사망률에도 불구하고 방광 종양의 거의 절반이 5년 이내에 재발하므로 지속적인 환자 모니터링이 필요합니다. 빈번한 병원 방문과 반복 치료의 필요성으로 인해 이러한 유형의 암은 치료 비용이 가장 많이 드는 암 중 하나가 됩니다.

방광에 직접 약물을 투여하는 현재 치료법은 좋은 생존율을 보이지만, 효능 낮은 상태로 유지됩니다. 유망한 대안은 치료제를 종양에 직접 전달할 수 있는 나노입자를 사용하는 것입니다. 특히 체내에서 스스로 추진할 수 있는 능력을 갖춘 나노입자인 나노로봇이 주목된다.

이제 권위 있는 저널에 연구 결과가 발표되었습니다. 자연 나노 기술 연구진은 요소 기반 나노로봇을 단회 투여하여 생쥐의 방광 종양 크기를 90%까지 성공적으로 줄이는 방법을 보여줍니다.

이 작은 나노머신은 실리카로 만들어진 다공성 구체로 구성됩니다. 표면에는 특정 기능을 가진 다양한 구성 요소가 있습니다. 그중에는 소변에서 발견되는 요소와 반응하여 나노입자가 스스로 추진할 수 있게 하는 단백질인 효소 요소분해효소가 있습니다. 또 다른 중요한 구성 요소는 종양의 국소 치료에 일반적으로 사용되는 방사성 동위원소인 방사성 요오드입니다.

카탈로니아 생명공학 연구소(IBEC)와 CIC biomaGUNE이 생명의학 연구소(IRB 바르셀로나) 및 바르셀로나 자치대학교(UAB)와 협력하여 주도한 이 연구는 혁신적인 방광암 치료법의 길을 열었습니다. 이러한 발전은 입원 기간을 단축하여 비용을 낮추고 환자의 편안함을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

단일 투여로 종양 부피가 90% 감소하는 것을 관찰했습니다. 이러한 유형의 종양을 가진 환자는 일반적으로 현재 치료법을 사용하여 6~14번의 병원 예약을 한다는 점을 고려하면 이는 훨씬 더 효율적입니다. 이러한 치료 접근법은 효율성을 높이고 입원 기간과 치료 비용을 줄일 수 있습니다.”

IBEC의 ICREA 연구 교수이자 연구 리더인 Samuel Sánchez

이미 진행 중인 다음 단계는 치료 후 이러한 종양이 재발하는지 여부를 확인하는 것입니다.

방광으로의 환상적인 항해

이전 연구에서 과학자들은 나노로봇의 자체 추진 능력으로 인해 모든 방광벽에 도달할 수 있음을 확인했습니다. 이 특징은 치료를 방광에 직접 투여한 후 약물이 모든 벽에 도달하도록 환자가 30분마다 자세를 바꿔야 하는 현재 절차에 비해 유리합니다.

이 새로운 연구는 더 나아가 방광 내 나노입자의 이동성뿐만 아니라 종양 내 특정 축적도 입증합니다. 이러한 성과는 생쥐의 의료용 양전자방출단층촬영(PET) 영상은 물론 연구 완료 후 제거된 조직의 현미경 영상 등 다양한 기술을 통해 가능해졌습니다. 후자는 IRB Barcelona에서 이 프로젝트를 위해 특별히 개발된 형광 현미경 시스템을 사용하여 캡처되었습니다. 이 시스템은 방광의 여러 층을 스캔하고 3D 재구성을 제공하여 전체 장기를 관찰할 수 있습니다.

“우리가 개발한 혁신적인 광학 시스템을 통해 종양 자체에서 반사되는 빛을 제거할 수 있었고, 사전 라벨링 없이 전례 없는 해상도로 장기 전체에서 나노입자를 식별하고 위치를 찾을 수 있었습니다. 우리는 나노로봇이 종양에 도달했을 뿐만 아니라 종양 안으로 들어가 방사성 의약품의 작용을 향상시키는 것을 관찰했습니다.”라고 IRB Barcelona의 Advanced Digital Microscopy 플랫폼 리더인 Julien Colombelli는 설명합니다.

나노로봇이 종양에 들어갈 수 있는 이유를 해독하는 것은 어려운 일이었습니다. 나노로봇에는 종양을 인식하는 특정 항체가 부족하며 종양 조직은 일반적으로 건강한 조직보다 더 단단합니다.

“그러나 우리는 이러한 나노로봇이 자체 추진 화학 반응을 통해 pH를 국부적으로 증가시킴으로써 종양의 세포외 기질을 분해할 수 있다는 것을 관찰했습니다. 이 현상은 더 큰 종양 침투를 선호했으며 종양에 우선적으로 축적되는 데 도움이 되었습니다.”라고 이번 연구의 공동 제1저자이자 IBEC 연구원인 Meritxell Serra Casablancas는 설명합니다.

따라서 과학자들은 나노로봇이 마치 벽인 것처럼 요로상피와 충돌하지만 더 해면질인 종양에서는 종양을 관통하여 내부에 축적된다는 결론을 내렸습니다. 핵심 요소는 나노봇의 이동성으로, 이는 종양에 도달할 가능성을 높입니다.

또한, CIC biomaGUNE 연구원이자 이번 연구의 공동 리더인 조르디 롭(Jordi Llop)에 따르면, “방사성 동위원소를 운반하는 나노로봇의 국소 투여는 부작용 발생 가능성을 줄이고, 종양 조직에 높은 축적으로 인해 방사선 치료에 유리합니다. 효과."

이번 연구의 공동 제1저자인 Cristina Simó는 “이 연구 결과는 치료 효과를 유도하는 능력이 더 뛰어나지만 전신 투여 시 사용이 제한되는 다른 방사성 동위원소를 사용할 수 있는 가능성을 열어주었습니다.”라고 덧붙였습니다.

수년간의 작업과 스핀오프

이 연구는 다양한 기관 간의 3년 이상의 공동 노력 결과를 통합합니다. 데이터의 일부는 Sánchez가 이끄는 IBEC 스마트 나노 바이오 장치 그룹의 연구원인 Meritxell Serra와 Ana Hortelao의 박사 학위 논문에서 비롯되었습니다. 또한 이 연구의 공동 제1저자인 Cristina Simó의 논문도 포함되어 있습니다. 그는 CIC biomaGUNE의 Jordi Llop이 이끄는 방사화학 및 핵 이미징 연구소에서 박사후 연구를 수행했습니다. 질병의 동물 모델에 대한 UAB의 Esther Julián 그룹의 전문 지식은 추가적인 기여입니다. 또한, 이 프로젝트는 유럽 연구 위원회(ERC)와 "la Caixa" 재단으로부터 자금을 지원 받았습니다.

Samuel Sánchez와 그의 팀이 2023년 넘게 개발해 온 이러한 나노로봇의 기반 기술은 최근 특허를 받았으며 XNUMX년 XNUMX월에 설립된 IBEC 및 ICREA의 분사인 Nanobots Therapeutics의 기반이 되었습니다.

Sánchez가 설립한 이 회사는 연구와 임상 적용 사이의 가교 역할을 합니다. “이 기술을 계속 발전시키고 모든 것이 순조롭게 진행된다면 시장과 사회에 출시하려면 분사를 위한 탄탄한 자금을 확보하는 것이 중요합니다. Nanobots Tx가 탄생한 지 불과 5개월 만인 XNUMX월에 우리는 XNUMX차 자금 조달을 성공적으로 마무리했으며 미래에 대한 기대가 큽니다.”라고 Sanchez는 강조합니다.

나노로봇 위치 파악을 위한 현미경 기술 혁신

나노로봇을 이용한 작업은 조직과 종양 자체에서 이러한 요소를 시각화하기 위한 바이오이미징 기술에 있어 중요한 과학적 과제를 제기했습니다. PET와 같은 일반적인 비침습적 임상 기술에는 이러한 매우 작은 입자를 현미경 수준에서 찾는 데 필요한 해상도가 부족합니다. 따라서 IRB 바르셀로나의 과학 현미경 플랫폼은 레이저 광 시트를 사용하여 샘플을 조명하는 현미경 기술을 사용하여 조직 및 입자와의 상호 작용 시 빛 산란을 통해 3D 이미지를 획득할 수 있었습니다.

종양 자체가 빛의 일부를 산란시켜 간섭을 일으키는 것을 관찰한 후 과학자들은 종양 조직과 세포에서 모든 산란을 상쇄하는 편광을 기반으로 하는 새로운 기술을 개발했습니다. 이 혁신을 통해 분자 기술을 사용한 사전 태깅 없이 나노로봇의 시각화 및 위치 파악이 가능해졌습니다.

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• 출처: https://www.news-medical.net/news/20240116/Urea-powered-nanorobots-reduce-bladder-tumors-by-9025-in-mice.aspx