연구자들이 기존 빛 기반 암 치료법의 한계를 극복하고 산소 없이 암세포를 고유하게 죽이는 새로운 백금 강화 광활성화 화합물을 개발했습니다. 이들의 발견은 차세대 항암제 개발의 길을 열었습니다. 광역학 치료에는 특정 파장의 빛 에너지(보통 레이저 또는 발광 다이오드)에 의해 활성화되는 감광제라는 물질을 도입하는 것이 포함됩니다. 빛 활성화에 의해 생성된 활성산소종(ROS)은 암세포를 파괴하고 세포사멸 또는 프로그램된 세포사멸 과정을 시작할 수 있습니다.
광역학 요법은 효과적인 암 치료법임이 입증되었지만, 한 가지 문제는 세포 사멸을 유발하는 ROS를 생성하기 위해 산소가 필요하다는 것입니다. 대부분의 고형 종양은 저산소(낮은 산소) 미세 환경을 갖고 있기 때문에 기존 감광제의 효과는 제한적입니다.
이러한 한계를 극복하기 위해 홍콩 시립대학교 연구진은 산소 없이도 암세포를 효과적으로 죽일 수 있는 새로운 백금 강화 광활성화제를 개발했습니다.
백금(II) 기반 화학요법은 수년 동안 암 치료에 사용되어 왔습니다. 그러나 독성, 약물 내성 등의 부작용이 발생하기 쉽습니다. 백금(IV), 즉 백금(IV)은 생약으로서 암세포에 진입한 후 대사되기 전까지는 약리활성이 전혀 없다는 의미로, 백금(II) 화합물에 비해 안정성이 높고 부작용이 적어 더욱 매력적입니다.
이전 연구에서는 백금과 같은 전이 금속을 감광제에 첨가하면 감광제의 효율성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 따라서 연구진은 백금(IV) 착물을 유기 감광성 리간드와 결합시켜 "금속 강화 광산화"라는 효과를 가져온다는 사실을 발견했습니다. 이 발견으로 그들은 새로운 종류의 근적외선 활성화 백금(IV) 광산화제를 개발하게 되었습니다.
그들은 종양이 있는 쥐에게 새로운 화합물을 정맥 주사했습니다. 4시간 후, 그들은 광산화제를 활성화하기 위해 쥐에게 근적외선(NIR) 빛을 조사했고, 종양 부피가 89% 줄어들고 종양 무게가 76% 감소한 것을 발견했습니다. 이는 백금(IV) 광산화제가 종양 억제 효과가 있음을 나타냅니다. 전통적인 백금 기반 항암제는 암세포의 세포 사멸을 일으키는 반면, 연구진은 이 화합물이 독특한 형태의 세포 사멸을 일으킨다는 사실을 발견했습니다.
해당 연구의 교신저자인 Guangyu Zhu는 "흥미롭게도 우리는 백금(IV) 광산화물에 의해 유도된 암세포의 '사멸 모드'가 다른 항암제와 다르다는 것을 발견했습니다. 독특한 암세포 파괴 모드는 강한 세포내 산화 스트레스와 세포내 pH 감소의 이중 효과를 통해 시작됩니다."라고 말했습니다.
그들은 암세포의 소포체(단백질 합성 및 수송의 중심지)에 축적된 백금(IV) 광산화물이 근적외선에 의해 활성화된 후 산소 없이 세포의 생물학적 거대분자를 산화시켜 ROS, 과산화지질 및 양성자를 생성할 수 있음을 관찰했습니다. ROS와 과산화지질에 의해 생성된 산화적 담금질은 암세포의 중요한 구성 요소를 파괴하는 반면, 양성자는 세포 내 pH를 감소시키고 불리한 산성 미세 환경을 형성합니다.
또한 연구자들은 백금(IV) 광산화물이 쥐의 면역 체계를 활성화하여 면역 세포를 모집하고 활성화시키는 것을 관찰했습니다. 대조군과 비교했을 때, 광활성화 후 헬퍼 T 세포 수는 7배, 세포독성 T 세포 수는 23배 증가했다. 세포독성 또는 킬러 T 세포는 암세포를 직접 인식하고 파괴하는 반면, 보조 T 세포는 세포 독성 T 세포를 활성화하는 데 도움을 줍니다.
Zhu는 "비정형 괴사를 유도함으로써 백금(IV) 광산화물은 전통적인 광역학 요법과 화학요법 약물에 대한 암세포의 저항성을 극복하고 면역체계를 활성화하며 암세포를 효과적으로 제거할 수 있다"고 말했습니다. "이러한 발견은 개념 증명의 역할을 하며 금속 강화 광산화를 기반으로 한 광산화제의 개발이 금속 기반 항암제 개발의 유망한 새로운 방향임을 시사합니다."
연구진은 임상 시험을 위한 화합물을 식별하는 것을 목표로 새로운 백금(IV) 광산화제의 화학적, 생물학적 및 약학적 특성을 완전히 특성화하기 위한 전임상 연구를 수행할 계획입니다.
이 연구는 Nature Chemistry 저널에 게재되었습니다.