지질 나노입자: 다재다능하고 정교한 약물 전달 시스템
1960년대 1세대 리포솜이 발견된 이후, 지질 나노입자(LNP)는 비약적인 발전을 거듭해 왔습니다. LNP는 주로 제약 산업에서 치료제 전달체로 사용되지만, 의료 영상, 화장품, 영양학, 농업 등 다른 분야에서도 소규모로 활용되고 있습니다.
지질 나노입자는 수십 년 동안 제약 산업에서 널리 사용되어 왔습니다. 다른 유전자 및 백신 전달 시스템과 비교했을 때 제조가 용이하고 면역원성이 낮으며, 더 많은 양의 약물을 탑재할 수 있어 저분자 화합물, 단백질, 핵산 등 다양한 치료제를 전달하는 효율적이고 성공적인 운반체로 자리 잡았습니다.
최근 지질 나노입자는 승인된 두 가지 코로나19 mRNA 백신에서의 역할로 전 세계적인 주목을 받았으며, mRNA를 효과적으로 전달하는 백신 플랫폼의 최첨단 기술으로 평가받고 있습니다. mRNA 치료제 외에도 지질 나노입자는 다른 질환 분야에서 핵심적인 역할을 할 수 있습니다. 실제로 이미 여러 질병 치료를 위해 승인된 지질 나노입자 기반 약물들이 존재합니다(그림 1). 여기에서는 항암 치료제로서의 지질 나노입자 활용에 대해 간략히 살펴보겠습니다.
암 치료에서 지질 나노입자의 활용
The CAS Content Collection™ has allowed us to review the distribution of treatment areas that use LNP formulations (Figure 2). We have seen that antitumor therapeutic effects comprise the biggest portion of LNP drug use (46%), indicating their prominent role in this area. The largest single use of antitumor LNP formulations is seen in breast cancer (>25%), followed by ovarian cancer and lung cancer (both 10%).
지질 나노입자는 암 치료 시 약물 전달에 적합한 여러 가지 치료적 이점을 제공합니다.
LNP는 EPR(Enhanced Permeability and Retention, 향상된 투과성 및 체류) 효과를 통해 암 치료의 효능을 향상시키는 것으로 나타났습니다. LNP는 종양 혈관의 빠른 혈관 신생으로 인해 결함이 있고 투과성이 높아진 혈관을 쉽게 통과할 수 있습니다. 이를 통해 정맥 주사로 투여할 경우 종양 내에 LNP가 선택적으로 축적됩니다(투여 경로에 따라 데이터는 다를 수 있음). 또한 종양 내 림프 배액 기능 저하로 인해 LNP의 체류 시간이 길어지며, 이러한 축적을 통해 종양 세포 내로 항암제를 선택적으로 방출할 수 있습니다.
다양한 치료법 전반에 걸친 LNP의 적용 가능성을 더 잘 이해하기 위해 CAS Content Collection™을 사용하여 LNP 제형 공정과 적용 가능한 치료법 간의 상관관계를 분석한 결과, 면역 리포솜과 스텔스 리포솜이 항암 치료에 가장 널리 사용되는 LNP 유형임을 확인했습니다.
매우 효과적인 스텔스 리포솜 암 치료제의 예로 DOXIL®(독소루비신 염산염 리포솜 주사제)가 있습니다. 이는 진행성 난소암, 다발성 골수종, HIV 관련 카포시 육종 치료를 위해 최초로 승인된 리포솜 약물입니다. DOXIL®에 사용된 LNP는 EPR 효과를 활용하여 강력한 항암제인 독소루비신의 심장 독성 문제를 극복하며, 입체적으로 안정화된 나노입자를 통해 혈장 내 순환 시간을 연장합니다.
현재 및 향후 연구와 관련하여, 흑색종, 성인 교모세포종, 위장관암, 비뇨생식기암 등 다양한 고형암을 대상으로 LNP 제형을 암 면역 치료 표적으로 활용하는 다수의 임상 1/2상 시험이 진행 중이며, 이는 이러한 치료법의 광범위한 임상적 활용 가능성을 뒷받침합니다.
자극 반응성 리포솜은 종양 내 약물 전달을 더욱 향상시키기 위한 또 다른 접근 방식으로, 특정 물리화학적 또는 생화학적 자극에 반응하여 약물이 방출되도록 설계되었습니다. 예로는 독소루비신(자극: 온도/pH), 5-플루오로우라실(자극: 자기장), AMD3100(자극: 레이저 조사) 등이 있습니다.
나노 의학이라는 신흥 분야에서 지질 나노입자의 미래
나노 의학 분야는 암을 넘어 광범위한 임상 적용이 가능한 현대적 약물 치료법으로서 놀라운 발전을 보여주었습니다. 나노 의학은 기존 약물 전달 시스템의 한계를 줄이면서 효능, 선택성 및 생체 내 분포를 개선하는 데 기여해 왔습니다.
의학 분야에서 지질 나노입자의 활용은 더욱 확대될 전망이며, 유전자 편집, 백신 개발, 면역 항암 치료 등 핵산을 세포 내로 효율적으로 전달해야 하는 유전 의학 분야에서 큰 가능성을 보여주고 있습니다. 환자의 연령, 질병 상태, 기저 질환 등 생물학적 장벽에 관계없이 성공적인 약물 전달을 보장하는 맞춤형 의학의 요구를 충족하기 위해 더욱 정교하고 다기능적인 나노 운반체 설계가 개발되고 있습니다.
지질 나노입자는 지속적인 개발을 통해 현대 나노 기술 분야에서 가장 유리하고 유망한 영역 중 하나로 자리매김할 것입니다.
Tenchov R, et al. Lipid nanoparticles - From liposomes to mRNA vaccine delivery, a landscape of research diversity and advancement. ACS Nano. 2021 Jun 28. doi: 10.1021/acsnano.1c04996. 온라인 선공개.
