Optimization of lipid nanoparticles for pancreatic cancer therapy

Abstract

많은 연구자들이 연구하고 있는 고분자 및 무기 나노입자는 내부에 봉입할 수 있는 물질 (유전 물질, 친수성 및 소수성 약물)의 특성이 다양하며, 입자 표면 개질도 용이하다는 장점이 있다. 그러나 낮은 생체 적합성, 응집 가능성 및 일부 난용성으로 인해 세포 독성을 유발할 수 있다. 이와 관련하여, 지질 기반 나노 입자 (lipid nanoparticle; LNP)는 높은 생체 적합성과 생 분해성으로 인해 아주 매력적인 소재로 떠오르고 있다. 또한, LNP는 이상적인 나노 운반체로서 세포 외 및 세포 내 장벽을 우회하는 특성을 가질 수 있도록 변형이 용이하다. 따라서 LNP 개발의 주요 과제는 (1) 내부에 봉입 된 물질 (유전 물질, 단백질, 친수성/소수성 약물)의 조건 최적화, (2) 세포 흡수를 위한 보관 안정성이 뛰어난 LNP 합성, (3) 표적 세포로 표적화, (4) 면역 세포와의 상호작용 개선, (5) 봉입 된 물질의 엔도솜 탈출을 향상시키고, (6) 봉입 된 물질이 최종적으로 전달 되어야하는 세포 소기관에 도달해야 한다. 본 논문에서는 이러한 사항을 고려하여LNP를 개발하였고, 이것을 다양한 생물학적 치료에 적용할 수 있는 방법을 서술하였다.

1장에서는 발암성 KRAS와 P53 돌연변이의 이중 염기 편집에 의해 젬시타빈 내성을 극복함 할 수 있음을 입증하였다. 췌관 선암종(pancreatic ductal adenocarcinoma; PDAC)은 초기에 진단하기 어렵고 예후가 좋지 않다. 임상적으로 젬시타빈은 화학 요법의 1차 항암제로 사용되지만 PDAC 환자에서 내성이 확인되어, 제약을 받고 있다. 발암성 KRAS 및 P53 돌연변이은 호기성 해당과정 및 비산화성 오탄당 인산 경로 (pentose phosphate pathway; PPP)의 조절과 상관관계가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 우리는 PDAC에서 가장 빈번하게 돌연변이를 발견한 KRAS와 P53의 이중 유전자 편집으로 치료 전략을 개선할 것을 제안하였다. 논문에서 이중 유전자 편집을 위해 Cas9와 ABE 단백질을 동시에 캡슐화한 나노리포좀(NL)을 개발하였다. 또한, 세포 수준 혹은 동물 모델에서의 정확한 종양 표적화를 위해 NL의 외부 표면에 EGFR 항체가 붙어있는 형태인 NL-Ab로 변형 하였다. 결론적으로, 합성된NL-Ab(Cas9/ABE)와 젬시타빈을 병용 투여한 후 젬시타빈의 내성이 치료되어 종양이 극적으로 억제되는 것을 확인하였다.

2장에서는 췌관 선암종(PDAC)에 대한 양이온성 고분자, 지질 기반 나노물질, 무기 나노입자를 포함한 RNAi 기반 치료법과 CRISPR/Cas9 기술에 대해 설명하였다. 최근, 유전자 치료 분야에서 바이러스 벡터 (레트로바이러스, 아데노바이러스, 아데노 관련 바이러스 벡터)를 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 바이러스 벡터는 아데노 관련 바이러스 캡시드의 중화 항체로 인한 적응 면역 반응 증가, 병원성 바이러스로의 바이러스 벡터에 대한 잠재적 면역원성, 염색체 삽입에 의한 발암성 유전자 돌연변이 가능성과 관련된 임상적인 문제점을 갖고있다. 따라서, 우리는 이 리뷰 논문을 통해 표적화 특이성, 표적외 효율성 최소화 및 비면역원성을 갖는 유전자 치료를 위한 이상적인 나노 입자에 대해 정리하였다.