[붙임] 연구결과 개요, 용어설명, 그림설명

[연구결과 개요]

1. 연구배경

금속-유기 골격체(MOF)는 금속 이온과 유기 리간드의 조립으로 형성된 다공성 고분자입니다. 특히 Zr 기반 MOF는 높은 수분 안정성으로 인해 약물 전달을 포함한 생물학적 응용에 유망한 물질로 주목받고 있습니다. 그러나 생물학적 환경에서는 나노입자가 단백질 층으로 덮이는 단백질 코로나 현상이 발생할 수 있으며, 이는 입자의 표적 기능을 방해하거나 면역 반응을 유발할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 표면 조절 전략이 연구되고 있지만, 나노 크기의 MOF를 안정화하기 위한 적절한 재료 선택은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있습니다.

2. 연구내용

본 연구팀은 이번 연구를 통해 생물학적 환경에서 항체를 이용해 MOF 입자를 단백질 코로나 현상으로부터 보호하는 효과적인 방법을 보고하였습니다. 연구진은 대표적인 모델 항체인 면역글로불린G(IgG)를 Zr-MOF(MOF-808) 나노입자 표면에 코팅하여, 단백질 코로나 형성이 크게 줄어드는 것을 확인했습니다. MOF 표면의 결함 부위와 IgG의 카르복실기 간의 배위 상호작용을 통해 IgG-M808 복합체가 형성되며, 이는 외부 단백질의 추가 부착을 방지하는 보호막 역할을 합니다. 더 나아가, 밀도 기능 이론(DFT) 분석을 통해 MOF 표면의 기공 크기가 IgG 코팅에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였고, IgG가 MOF 입자에 결합할 때 특정 방향으로 선호되는 결합 방식이 있음을 발견했습니다. 연구진은 IgG-M808 복합체의 가능성을 확인하고 실제 표적지향 약물전달체 개발 모델에 적용하기 위해 MOF-808과 특정 표적 항체(예: HER2, EGFR, CD44)를 결합하여 표적 암세포에 대한 약물 전달 효과를 극대화하는 방법을 개발하였습니다. 예를 들어, EGFR을 표적하는 항체와 결합된 MOF-808(E-M808)은 EGFR이 과발현된 암세포에 선택적으로 작용하며, 근적외선 염료가 탑재된 E-M808@IR-780을 쥐 종양 모델에 주입했을 때 종양 부위에 선택적으로 축적되어 뛰어난 항암 효과를 나타냈습니다. 이 연구는 MOF와 항체의 초분자 접합이 단순하면서도 강력한 약물 전달 플랫폼으로서의 잠재력을 지니고 있음을 보여주며, 나노의학에서의 응용 가능성을 제시합니다.

3. 기대효과

이번 연구를 통해 다양한 기능성을 가지고 있는 MOF 나노입자가 생체 환경을 극복하고 표적 지향 전달체가 될 수 있는 새로운 가능성을 제공하였습니다. 이 시스템을 발전시켜 더 다양한 기능을 가진 단백질과 MOF입자의 조합을 통해 암치료를 넘어 다양한 질병모델을 치료할 수 있는 시스템을 만드는데 큰 기여를 할 것이라 기대합니다.

[용어설명]

1. HER2 (human epidermal growth factor receptor 2)

세포의 성장과 분열을 조절하는 단백질입니다. 암세포가 정상보다 더 많은 HER2를 생성하면 더 빨리 성장하고 확산되어 종양을 유발할 수 있습니다. 이러한 유형의 암을 HER2 양성 암이라고 합니다.

2. EGFR (Epidermal growth factor receptor)

특정 세포의 표면에서 발견되는 단백질로, 세포의 성장과 생존을 돕습니다. EGFR은 ErbB1 및 HER1이라고도 합니다. 이는 4개의 단백질을 포함하는 수용체 티로신 키나아제(RTK) 단백질 계열의 일원입니다: EGFR, ErbB2, ErbB3 및 ErbB4

3. CD44 

세포와 세포 간 상호작용, 세포 부착 및 이동에 관여하는 세포 표면 당단백질입니다. 인간에서 CD44 항원은 11번 염색체에 있는 CD44 유전자에 의해 암호화됩니다.[5] CD44는 HCAM(호밍 세포 부착 분자), Pgp-1(식세포 당단백질-1), 헤르메스 항원, 림프구 호밍 수용체, ECM-III 및 HUTCH-1이라고도 불립니다.

[그림설명]

그림1. 클로킹(Cloaking) 항체-MOF 플랫폼

나노 MOF(MOF-808) 입자에 항체(IgG)를 사전 코팅하면 생체분자 코로나를 줄일 수 있습니다. 이 사전 흡수 과정은 MOF의 기공 구조와 결함 부위의 최적화를 통해 도움을 받을 수 있습니다. 표면에서 IgG가 안정화되면, 이 층은 단백질 코로나를 억제할 수 있는 보호막을 제공할 수 있습니다. 우리는 사전 흡수 기술을 기반으로 표적 가능한 항체 변형 nMOF를 제작했습니다. 각 항체가 MOF 표면에서 안정화되면 항체-MOF 복합체는 원하는 암세포를 표적으로 삼을 수 있습니다.