침샘 조직 칩 활용, 방사선 손상 보호 약물 후보군 발굴 성공¶
원제목: Salivary gland tissue chip screening identifies candidate radioprotective drugs
핵심 요약
- 두경부암 방사선 치료 환자들의 침샘 기능 상실 문제 해결을 위한 새로운 약물 발굴이 시급함을 인지함.
- 침샘 조직 칩 플랫폼을 활용하여 방사선 손상 보호 효과가 있는 약물들을 고효율로 스크리닝하는 방법을 개발하고 검증함.
- Phenylbutazone, Enoxacin, Doripenem 등 세 가지 약물이 기존 약물과 유사하거나 더 뛰어난 방사선 보호 효과를 부작용 없이 보였음을 발견함.
상세 내용¶
두경부암 환자들은 암 치료를 위해 방사선 요법을 받는 경우가 많으나, 이 과정에서 침샘이 손상되어 영구적인 침 분비 기능 상실을 겪곤 합니다. 침샘 기능이 저하되면 음식 섭취와 대화에 어려움을 겪을 뿐만 아니라 구강 감염 및 충치 위험이 증가하여 삶의 질이 현저히 떨어집니다. 현재 미 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 유일한 방사선 유발 타액 감소증 예방 약물은 아미포스틴(Amifostine)이지만, 견딜 수 없는 부작용으로 인해 사용이 제한적이며, 이에 따라 새로운 치료법 개발의 필요성이 절실히 요구되어 왔습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 혁신적인 접근 방식을 시도했습니다. 연구진은 생쥐의 턱밑샘 조직을 사용하여 침샘 조직 칩 플랫폼을 개발하고, 이를 고효율 약물 스크리닝에 활용했습니다. 이 조직 칩은 방사선 손상의 바이오마커로 알려진 환원형 글루타치온(reduced glutathione) 및 세포 노화(cellular senescence)를 정량화할 수 있는 생체 내(in-chip) 분석법을 탑재하고 있습니다. 연구팀은 기존에 알려진 방사선 보호 약물들을 대상으로 칩의 유효성을 검증하며 플랫폼의 신뢰성을 확보했습니다.
검증된 플랫폼을 사용하여 FDA 승인 약물 라이브러리인 셀렉 케미컬즈(Selleck Chemicals)에 포함된 방대한 약물들을 스크리닝했습니다. 초기 스크리닝 결과 25개의 유망한 후보 화합물을 식별할 수 있었습니다. 이후 연구팀은 이들 후보 물질의 EC50 값(약물의 절반 최대 효과 농도)과 기존에 발표된 약리학적 데이터를 종합적으로 고려하여 후보군을 더욱 좁혀나갔습니다.
최종적으로 Phenylbutazone (항염증제), Enoxacin (플루오로퀴놀론계 항생제), Doripenem (카바페넴계 항생제) 등 세 가지 약물을 선별하여 생쥐 모델에서 생체 내 방사선 보호 효과를 검증했습니다. 놀랍게도 이 세 가지 약물은 기존 약물인 아미포스틴과 동등한 수준의 방사선 보호 효과를 보였습니다. 더욱 주목할 점은 이들 약물의 EC50 값이 아미포스틴보다 140배에서 6900배까지 현저히 낮아, 훨씬 적은 용량으로도 효과를 얻을 수 있음을 시사했습니다.
이번 연구는 조직 칩 플랫폼을 활용한 고효율 약물 스크리닝 방법의 개발과 검증, 그리고 새로운 방사선 보호 약물 후보군의 성공적인 발굴 및 생체 내 검증을 입증했습니다. 이들 약물은 기존 항산화 작용과는 다른 미지의 메커니즘을 통해 방사선을 보호할 가능성을 제시하며, 이는 방사선 보호 분야의 과학적 이해를 넓히는 데 기여할 것으로 보입니다. 향후 이 약물들이 임상적으로 개발된다면 부작용을 최소화하면서 방사선 보호 효과를 극대화하여 두경부암 환자들의 삶의 질을 크게 개선할 수 있을 것으로 기대됩니다.
편집자 노트¶
방사선 치료는 암 환자에게 필수적인 생명 연장 및 완치 수단이지만, 필연적으로 정상 조직에 손상을 입히는 부작용을 동반합니다. 특히 두경부암 환자들에게 발생하는 침샘 손상은 단순히 불편함을 넘어, 영양 섭취, 언어 구사, 구강 건강 전반에 치명적인 영향을 미쳐 환자들의 삶의 질을 심각하게 저하시킵니다. 현재 시판되는 유일한 약물조차 부작용이 커 사용이 어렵다는 점에서, 이번 연구는 이 고질적인 문제에 대한 실질적인 해결책을 제시하는 중요한 진전입니다. '조직 칩(tissue chip)'이라는 혁신적인 기술은 실제 인체 장기의 미세 환경을 정밀하게 모사하여, 기존 동물 실험의 한계를 뛰어넘어 빠르고 효율적으로 약물 효과를 예측할 수 있게 한다는 점에서 신약 개발 패러다임을 바꿀 핵심 기술로 평가받고 있습니다.
이번 연구의 핵심적인 성과는 Phenylbutazone, Enoxacin, Doripenem 등 세 가지 약물이 기존 약물 대비 월등히 낮은 농도에서도 동일하거나 더 뛰어난 방사선 보호 효과를 보였다는 점입니다. 이는 환자들이 적은 용량으로 효과를 얻을 수 있어 부작용 위험을 현저히 줄일 수 있다는 의미이며, 기존 항산화 메커니즘이 아닌 새로운 방식으로 방사선 손상을 보호할 수 있음을 시사하여 과학적 탐구의 여지를 넓혔습니다. 이 발견은 두경부암 환자들이 방사선 치료 후에도 건강하고 만족스러운 일상을 유지할 수 있도록 돕는 데 중요한 전환점이 될 수 있으며, 향후 성공적인 임상 시험을 통해 실제 환자들에게 적용될 가능성이 높다는 점에서 큰 기대를 모으고 있습니다.
나아가 이 연구에서 사용된 조직 칩 기술은 침샘뿐만 아니라 다른 장기의 방사선 손상 연구나 다양한 질병에 대한 신약 개발에도 폭넓게 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 정밀 의학 시대에 환자 개개인의 특성에 맞는 맞춤형 치료법을 개발하는 데 필수적인 기반 기술이 될 것이며, 궁극적으로 의료 혁신을 가속화하고 인류의 건강 증진에 기여할 것으로 기대됩니다.