과거부터 인류의 건강을 위협하는 암을 치료하는 방법으로 임상에서 주로 화학 약물 및 항체 치료가 사용되고 있으나, 심각한 부작용 또는 반복 투여가 필요해 어려움이 있다. 

따라서, 영구적인 유전자 조절을 일으키는 유전자가위(CRISPR, 이하 크리스퍼) 기반 유전자 교정 기술을 이 용하면 문제를 극복할 수 있지만, 생체 내 전달이 어려워 효과적인 전달 방법이 절실히 필요한 실정이다.

 KAIST 생명과학과 정현정 교수, 화학과 박희성 교수 연구팀이 유전자가위 기반 항암 신약으로 크리스퍼 단백질 및 화학 약물 을 동시에 생체 내에 전달하는 나노복합체를 개발해 기존 항암제보다 월 등한 항암 효능을 보였다. 

크리스퍼 기술은 표적 세포에서 정밀하고 영구적으로 유전자 교정을 일으 킬 수 있어 기존 유전자 조절 방법에 비해 암의 치료제로서 큰 장점이 있지만 크리스퍼의 구성 요소인 단백질과 가이드 RNA를 생체 내에 전 달했을 때 극히 낮은 조직 투과성 및 세포 유입 효율로 인해 치료 효능이 떨어진다. 

이러한 한계점을 극복하기 위해 지질 나노입자, 고분자, 무기나 KAIST, 유전자 가위와 약물로 동시에 암을 잡는 신약 개발 노입자 등에 나노 전달체에 기반한 전달 방법이 개발됐으나, 여전히 효능 이 떨어지고 심각한 독성 및 부작용 문제가 나타났다. 

이러한 문제점들을 극복하기 위해 연구팀은 크리스퍼 단백질 Cas9에 서로 다른 작용기가 간단히 결합되는 클릭 화학 작용기를 내재하기 위해 비천 연 아미노산을 도입한 생직교 반응형 Cas9을 개발했다. 

생직교 반응은 살 아있는 시스템 내에서 본질적인 생화학 과정을 방해하지 않고 일어나는 반응이다. 

연구팀은 기존 나노 전달체의 독성 및 한계를 극복하기 위 해 극미량의 고분자 물질을 생직교 반응형 Cas9에 결합시킴으로써 생체 내에 안전하게 전달 및 유전자 교정을 일으킬 수 있음을 확인했다. 

또, 항 암 신약으로써 효능을 극대화하기 위해 기존에 유방암 항암제로 사용되는 올라파리브(olaparib)을 생직교 반응에 의해 Cas9에 결합시킴으로써 병용 치료를 위한 유전자가위 나노복합체인 콤바인 (ComBiNE, Combinatorial and bioorthogonal nano-editing complex)을 개발했다. 

연구팀은 개발한 유전자교정 나노복합체를 이용해 유방암 세포 및 동물모 델에서 DNA 복구에 관여하는 유전자 교정 및 올라파리브의 작용으로 기 존 항암제 및 단독 치료제에 비해 월등한 항암효과가 나타남을 확인했다. 

이번 연구는 최초로 크리스퍼 단백질과 화학 항암제를 단일 제형으로 안 전하고 효과적인 생체 내 유전자 교정을 일으켜 높은 항암 효능을 보였다 는 점에서 큰 의의가 있다. 

연구팀은 이번 연구 결과가 향후 다양한 암종 에 대해 유전자 및 화학 약물 기반 병용 치료제로서 적용할 수 있는 강력 한 플랫폼 기술로 활용될 것을 기대하고 있다. 

KAIST 생명과학과 마셀 야니스 베하(Marcel Janis Beha) 박사와 석박사통 합과정 임산해 학생, 화학과 석박사통합과정 김주찬 학생이 제1 저자로 참 여한 이번 연구는 국제학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 7월 23일 온라인 게재됐다. (논문명: Bioorthogonal CRISPR/Cas9-Drug Conjugate: A Combinatorial Nanomedicine Platform)