지질 나노 입자 - 효과적이고 정교한 약물 전달 시스템

1960년대 1세대 리포솜을 발견한 이후 지금까지 나노 입자(LNP)는 엄청난 발전을 거듭했습니다. 치료 수단으로서의 LNP는 제약 산업에서 가장 두드러지게 활용되고 있으며 비록 적은 규모지만 의료 영상, 화장품, 영양, 농업 등의 다른 분야에서도 활용되고 있습니다.

지질 나노 입자는 제약 산업에서 오랫동안 널리 사용되어 왔습니다. 지질 나노 입자는 다른 유전자 및 백신 전달 시스템과 비교할 때 쉽게 제조가 가능하고 면역성은 낮으며 적재량도 많습니다. 따라서 저분자, 단백질, 핵산 등 다양한 유형의 치료법에서 효과적이고 효율적인 운반체로 활용됩니다.

최근 2가지 COVID mRNA 승인 백신에서 지질 나노 입자의 역할이 알려지면서 이 물질에 대한 전세계의 관심이 집중되고 있습니다. 즉 지질 나노 입자는 정확한 mRNA 전달에 도움을 준다는 점에서 백신 플랫폼의 첨단 기술로 평가받고 있습니다. 지질 나노 입자는 mRNA 치료법 외에 다른 질병 관련 분야에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 실제로 여러 지질 나노 입자가 이미 다양한 질병에 대한 치료 효과로 승인을 받았습니다(그림 1). 항암 치료에 있어 지질 나노 입자의 활용 방법을 간략하게 알아보겠습니다.

암 치료 목적의 지질 나노 입자 활용

CAS Content Collection™을 활용하여 LNP 제형을 사용하는 치료 분야의 분포 현황을 분석했습니다(그림 2). 분석 결과, 항종양 치료 효과가 LNP 약물 사용에서 가장 큰 비중을 차지했으며(46%) 이로써 이 분야에서의 중요한 역할을 확인할 수 있습니다. 항종양 LNP 제형을 단일 항목으로 가장 많이 사용한 분야는 유방암(25% 이상)이며 그 다음은 난소암과 폐암(두 암 모두 10%)이었습니다.  

지질 나노 입자는 암 치료를 위한 약물 전달에 적합한 다음과 같은 여러 가지 치료상의 이점과 관련이 있습니다.

LNP는 또한 투과 및 유지 강화(EPR) 효과로 암 치료 효능을 높이는 것으로 확인되었습니다. LNP는 빠르지만 결함이 있는 혈관형성에 따른 투과성 향상으로 종양 혈관을 쉽게 통과할 수 있습니다. 따라서 직접 주입 방식으로 정맥에 투여하는 경우 종양에 LNP를 선택적으로 축적시킬 수 있습니다. 그러나 투여 경로에 따른 데이터 차이는 있습니다. 또한 종양에서 올바른 기능을 하지 않는 림프를 배출함으로써 LNP를 올바르게 유지할 수 있습니다. LNP가 축적되면 종양 세포 내부로 항암제를 선별적으로 내`보낼 수 있습니다.  

다양한 치료법에 대한 LNP의 적용 가능성을 정확하게 파악하기 위해 CAS Content Collection™을 이용하여 여러 LNP 제형 프로세스와 적용 가능한 치료법의 상관관계를 분석했습니다. 그 결과, 면역 리포솜과 스텔스 리포솜이 항암 치료에 있어 가장 많이 이용되는 LNP 유형으로 밝혀졌습니다.  

매우 효과적인 스텔스 리포솜 암 치료제의 한 예가 DOXIL^®(독소루비신 HCl 리포솜 주입)입니다. 이 제품은 가장 먼저 승인을 받은 리포솜 약물로 진행성 난소암, 다발성 골수종, HIV 관련 카포시 육종의 치료 목적으로 개발되었습니다. DOXIL^®에서 사용되는 LNP는 EPR 효과를 통해 강력한 항암제인 독소루비신의 심장 독성을 극복하며 동시에 구조적으로 안정적인 나노 입자가 사람 혈장 내 혈액순환 시간을 연장시켜 줍니다.

현재 및 향후 연구와 관련하여 흑색종, 성인 교모세포종, 위장관암, 비뇨생식기암 등 다수의 고형 종양에 대한 암 면역요법 표적으로서 LNP 제형을 연구하는 여러 1상/2상 임상 시험이 진행되고 있어 이들 치료법의 광범위한 임상적 사용을 확인할 수 있습니다.  

자극 반응성 리포솜은 종양 치료를 위한 약물 전달 기능을 강화하기 위한 또 다른 접근법으로 연구되고 있으며 특정 물리 화학적 또는 생화학적 자극으로 배출될 수 있도록 설계됩니다. 독소루비신(자극: 온도/pH), 5-플루오로유라실(자극: 자기장), AMD3100(자극: 레이저 방사)이 대표적인 예입니다.

새로운 나노 의학 분야에서 지질 나노 입자의 미래

나노 의학 분야는 암 이외의 광범위한 임상적 활용과 함께 최신 약물 요법으로써 주목할만한 발전을 이루고 있습니다. 나노 의학은 기존 약물 전달 시스템의 효과, 선별성, 생전달을 개선하는 것은 물론 그 한계를 최소화할 수 있도록 돕고 있습니다.  

의료 분야에서의 지질 나노 입자 활용 추세는 계속 확장될 것이며 유전 의학 분야에서도 큰 역할을 기대할 수 있습니다. 유전 의학에서는 유전자 편집, 백신 개발, 면역 항암 연구에 있어 핵산을 세포 내로 효율적으로 전달할 수 있는 기능이 매우 중요합니다. 개인 맞춤형 의료의 요구를 충족시키기 위해 보다 정교하고 다기능 나노 수송체 설계에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 나노 운반체를 통해 나이, 질병 상태, 동반 질환과 관련된 환자의 생물학적 장벽에 관계없이 성공적으로 약물을 전달할 수 있습니다.  

지질 나노 입자에 대한 지속적인 개발 노력을 통해 최신 나노 기술에서 가장 많은 이점과 가능성을 제시하는 영역 중 하나로 인정받을 수 있을 것입니다.

Tenchov R 외. 지질 나노 입자 - 리포솜부터 mRNA 백신 전달까지, 연구 다양성과 발전 동향(Lipid nanoparticles - From liposomes to mRNA vaccine delivery, a landscape of research diversity and advancement). ACS Nano. 2021년 6월 28일. doi: 10.1021/acsnano.1c04996. 인쇄 전 온라인 공개.

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