SCP-Nano: 세포와 조직의 나노운반체를 시각화하는 신기술

생명을 구하는 약물이나 유전자 치료법이 유해한 부작용을 일으키지 않고 의도한 표적 세포에 도달하도록 어떻게 보장할 수 있습니까?

뮌헨 헬름홀츠, LMU(Ludwig-Maximilians-Universität) 및 TUM(Technical University München)의 연구원들은 이 질문에 답하기 위해 중요한 조치를 취했습니다.

그들은 처음으로 단일 세포 수준에서 쥐 몸 전체에 걸쳐 나노운반체(작은 운반 수단)를 정밀하게 감지할 수 있는 방법을 개발했습니다.

"나노캐리어의 단일 세포 프로파일링" 또는 줄여서 "SCP-나노"라고 불리는 이 혁신은 고급 이미징과 인공 지능을 결합하여 나노기술 기반 치료법의 기능에 대한 비교할 수 없는 통찰력을 제공합니다.

Nature Biotechnology에 발표된 결과는 mRNA 백신 및 유전자 치료법을 포함하여 보다 안전하고 효과적인 치료법의 길을 열었습니다.

현대 의학에서 나노캐리어의 역할

나노캐리어는 생명을 구하는 의약품의 차세대 물결에서 중심 역할을 할 것입니다. 이를 통해 환자 내 세포에 약물, 유전자 또는 단백질을 표적화하여 전달할 수 있습니다. SCP-Nano를 사용하여 연구자들은 쥐 몸 전체에 걸쳐 극미량의 나노운반체 분포를 분석하고 이를 흡수한 각 세포를 시각화할 수 있습니다.

SCP-Nano는 광학 조직 투명화, 광시트 현미경 이미징 및 딥러닝 알고리즘을 결합합니다. 먼저 마우스 본체 전체를 투명하게 만듭니다. 전체 마우스 신체를 3차원으로 이미징한 후 투명 조직 내의 나노캐리어를 단일 세포 수준까지 식별할 수 있습니다.

AI 기반 분석을 통합함으로써 연구자들은 어떤 세포와 조직이 나노캐리어와 상호작용하고 있는지, 그리고 이것이 정확히 어디에서 발생하는지 정량화할 수 있습니다.

SCP-Nano의 실제 응용

헬름홀츠 뮌헨의 지능형 생명공학 연구소(iBIO) 소장인 Ali Ertürk와 SCP-Nano를 사용하는 그의 팀이 분석한 나노캐리어의 예로는 지질 나노입자(LNP), DNA 종이접기 구조 및 아데노 관련 바이러스(AAV)가 있습니다.

이러한 나노캐리어는 세포 뿌리의 질병을 해결하는 현대 치료법에 필수적이며, 각각은 다양한 응용 분야에 적합하게 만드는 고유한 특성을 가지고 있습니다. DNA 종이접기 구조는 쉽게 프로그래밍할 수 있으며 AAV는 유전자 치료를 위한 매우 효율적인 운반체입니다. LNP는 현대 mRNA 백신과 광범위한 기타 RNA 치료법의 기초가 되는 RNA 전달을 촉진합니다. 

연구원들은 SCP-Nano를 사용하여 DNA 종이접기 구조가 면역 세포를 우선적으로 표적으로 삼을 수 있는 반면 AAV 변종은 뚜렷한 뇌 영역과 지방 조직을 표적으로 삼을 수 있음을 입증했습니다. 중요한 것은 플랫폼이 mRNA 치료제를 운반하는 지질 나노입자가 심장 조직에 축적될 수 있다는 사실도 밝혀냈다는 점이다.

따라서, SCP-나노를 사용하여 연구원들은 이제 잠재적으로 문제가 있는 비표적 조직과 관련 독성을 임상 시험에 들어가기 전에 탐지할 수 있어 보다 안전한 mRNA 치료제 개발의 길을 열었습니다.

전례 없는 정밀도로 나노캐리어 시각화

이번 연구의 제1저자인 Jie Luo 박사는 “SCP-Nano를 사용하면 최저 0.0005mg/kg까지 믿을 수 없을 정도로 낮은 복용량으로 몸 전체에서 나노운반체를 감지할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

"이것은 우리에게 이 작은 수송 차량이 장기 및 세포와 어떻게 상호 작용하는지에 대한 완전히 새로운 관점을 제공합니다."

Luo는 SCP-Nano가 심장이나 간에서 원치 않는 축적을 식별할 수 있는 것이 특히 중요하다고 강조합니다.

나노캐리어의 메커니즘은 소포 배달 서비스와 비슷하다고 Ertürk는 설명합니다.

"각각의 나노캐리어는 옆집뿐만 아니라 정확한 아파트로 배달되어야 하는 중요한 페이로드를 운반하는 패키지와 같습니다.

SCP-Nano를 사용하면 추적할 수 있습니다. 패키지가 정확히 의도한 목적지에 도달했는지, 아니면 실수로 원치 않는 위치에 도달했는지 여부와 관계없이 패키지가 배송되는 정확한 위치를 확인하세요."

맞춤형 의학의 혁신 주도

SCP-Nano를 사용하면 연구자들은 나노캐리어가 축적되는 위치를 정확하게 식별하고 표적 세포와의 상호 작용을 시각화할 수 있습니다.

이는 안전하고 효과적인 나노캐리어 응용을 위한 핵심 요구 사항입니다. "SCP-Nano는 기존 나노운반체의 안전성을 평가하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 고도로 표적화된 새로운 응용 분야의 개발을 촉진할 것입니다."라고 Luo는 말했습니다.

"이 플랫폼은 또한 mRNA 치료법의 성공을 모니터링하거나 잠재적인 부작용을 조기에 감지하는 데 도움이 될 수 있습니다."

신약 개발과 맞춤형 치료법의 새로운 시대

최첨단 이미징과 AI 기술을 결합함으로써 SCP-Nano는 연구자와 임상의에게 치료법이 신체와 어떻게 상호 작용하고 인간 조직 및 기관으로 쉽게 확장될 수 있는지에 대한 새로운 수준의 이해를 제공합니다.

Ertürk 교수는 "정밀 의학 및 표적 전달이 자주 논의되지만 이를 위한 확장 가능하고 효과적인 도구는 제한적이었습니다.

이 새로운 접근 방식은 약물 개발의 주요 과제에 대한 솔루션을 제공합니다"라고 결론지었습니다.

부작용을 최소화하고 치료 정밀도를 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖춘 SCP-Nano는 암 치료, 유전자 치료 및 백신 개발과 같은 분야에서 보다 안전하고 효과적인 치료법을 향한 중요한 단계입니다. 이러한 혁신은 나노캐리어 기반 기술 개발의 주요 과제를 해결할 뿐만 아니라 정밀 의학의 미래를 주도합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250114125149.htm