MIT 엔지니어, 암 치료제를 종양에 직접 전달하는 나노입자 대량 생산 방법 개발

치료 약물이 적재된 폴리머 코팅 나노입자는 난소암을 포함한 암 치료에 상당한 가능성을 보여줍니다. 이러한 입자는 종양에 직접 표적을 지정할 수 있으며, 전통적인 화학 요법의 많은 부작용을 피하면서 탑재물을 방출합니다.

지난 10년 동안 MIT 연구소의 폴라 해먼드 교수와 그녀의 학생들은 층별 조립이라는 기술을 사용하여 다양한 입자를 만들어냈습니다. 그들은 이 입자가 마우스 연구에서 암과 효과적으로 싸울 수 있음을 보여주었습니다.

이런 나노입자를 인간이 사용할 수 있도록 돕기 위해 연구자들은 이제 훨씬 짧은 시간에 더 많은 양의 입자를 생산할 수 있는 제조 기술을 개발했습니다.

"우리가 개발해 온 나노입자 시스템에는 많은 약속이 있으며, 특히 난소암 치료에 대한 동물 모델에서 보고 있는 성공에 대해 최근에 정말 흥분했습니다." MIT의 교수진 부총장이자 Koch Institute for Integrative Cancer Research의 회원이기도 한 Hammond는 말합니다. "궁극적으로, 우리는 이것을 회사가 대규모로 제조할 수 있는 규모로 만들어야 합니다."

스크립스 연구소의 면역학 및 미생물학 교수인 해먼드와 대럴 어바인은 오늘 Advanced Functional Materials 에 게재된 새로운 연구의 수석 저자입니다 . 현재 브리검 앤 위민스 병원의 포스트닥이자 코흐 연구소의 방문 과학자인 이반 피레스 박사(24년)와 에즈라 고든(24년)이 논문의 주요 저자입니다. MIT 연구 기술자인 헤이경 수(24년)도 저자입니다.

간소화된 프로세스

10년 이상 전에 Hammond의 연구실은 고도로 제어된 구조를 가진 나노입자를 만드는 새로운 기술을 개발했습니다. 이 접근 방식은 표면을 양전하와 음전하 폴리머에 번갈아 노출시켜 나노입자 표면에 서로 다른 특성을 가진 층을 놓을 수 있게 합니다.

각 층은 약물 분자나 다른 치료제로 임베딩될 수 있습니다. 이 층들은 또한 입자가 암세포를 찾아 침투하는 데 도움이 되는 표적 분자를 운반할 수 있습니다.

해먼드 연구실이 원래 개발한 전략을 사용하여 한 번에 한 겹씩 도포하고, 각 도포 후 입자는 원심분리 단계를 거쳐 과도한 폴리머를 제거합니다. 이는 시간이 많이 걸리고 대량 생산으로 확장하기 어려울 것이라고 연구자들은 말합니다.

최근, 해먼드 연구실의 대학원생이 접선 유동 여과라고 알려진 입자를 정화하는 대체 접근 방식을 개발했습니다. 그러나 이것이 공정을 간소화했지만 여전히 제조 복잡성과 최대 생산 규모에 의해 제한되었습니다.

"접선 유동 여과를 사용하는 것이 도움이 되기는 하지만 여전히 매우 작은 배치 프로세스이며 임상 조사를 위해서는 상당수의 환자에게 사용할 수 있는 많은 용량이 필요합니다."라고 해먼드는 말합니다.

더 큰 규모의 제조 방법을 만들기 위해 연구자들은 입자가 장치 내의 마이크로채널을 통과할 때 새로운 폴리머 층을 순차적으로 추가할 수 있는 마이크로유체 혼합 장치를 사용했습니다. 연구자들은 각 층에 필요한 폴리머 양을 정확히 계산할 수 있으며, 이를 통해 각 추가 후에 입자를 정제할 필요가 없습니다.

해먼드는 "이것은 정말 중요합니다. 분리는 이런 종류의 시스템에서 가장 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 단계이기 때문입니다."라고 말합니다.

이 전략은 수동 폴리머 혼합의 필요성을 없애고, 생산을 간소화하며, GMP(Good Manufacturing Practice) 준수 프로세스를 통합합니다. FDA의 GMP 요구 사항은 제품이 안전 기준을 충족하고 일관된 방식으로 제조될 수 있도록 보장하는데, 이는 이전의 단계별 배치 프로세스를 사용하는 경우 매우 어렵고 비용이 많이 들 것입니다.

이 연구에서 연구자들이 사용한 마이크로유체 장치는 이미 mRNA 백신을 포함한 다른 유형의 나노입자의 GMP 제조에 사용되고 있습니다.

"새로운 접근 방식을 사용하면 운영자의 실수나 사고가 발생할 가능성이 훨씬 줄어듭니다." Pires가 말했습니다. "이것은 GMP에서 쉽게 구현할 수 있는 프로세스이며, 여기서 정말 중요한 단계입니다. 우리는 층별 나노입자 내에서 혁신을 만들어 임상 시험에 들어갈 수 있는 방식으로 빠르게 생산할 수 있습니다."

확장된 생산

이 접근 방식을 사용하면 연구자들은 불과 몇 분 만에 15밀리그램의 나노입자(약 50회 복용량에 충분)를 생성할 수 있지만, 원래 기술로는 같은 양을 생성하는 데 거의 한 시간이 걸렸습니다. 이를 통해 임상 시험과 환자 사용에 충분한 입자를 생산할 수 있다고 연구자들은 말합니다.

"이 시스템을 확장하려면 칩을 계속 실행하기만 하면 되고, 더 많은 재료를 생산하는 것이 훨씬 더 쉽습니다."라고 피레스는 말합니다.

연구자들은 새로운 생산 기술을 보여주기 위해 인터루킨-12(IL-12)라는 사이토카인으로 코팅된 나노입자를 만들었습니다. 해먼드의 연구실은 이전에 층층이 나노입자로 전달된 IL-12가 주요 면역 세포를 활성화하고 생쥐의 난소 종양 성장을 늦출 수 있다는 것을 보여주었습니다.

이 연구에서 연구자들은 새로운 기술을 사용하여 제조된 IL-12가 적재된 입자가 원래의 층별 나노입자와 유사한 성능을 보였다는 것을 발견했습니다. 그리고 이러한 나노입자는 암 조직에 결합할 뿐만 아니라 암 세포에 들어가지 않는 독특한 능력을 보여줍니다. 이를 통해 나노입자는 종양에서 국소적으로 면역 체계를 활성화하는 암 세포의 마커 역할을 할 수 있습니다. 난소암의 마우스 모델에서 이 치료법은 종양 성장을 지연시키고 심지어 치료할 수도 있습니다.

연구자들은 이 기술에 대한 특허를 신청했고, 현재 MIT의 Deshpande Center for Technological Innovation과 협력하여 잠재적으로 이 기술을 상용화할 회사를 설립하고자 합니다. 연구자들은 처음에는 난소암과 같은 복강암에 집중하고 있지만, 이 연구는 신경교종을 포함한 다른 유형의 암에도 적용될 수 있다고 말합니다.

이 연구는 미국 국립보건원, 나노의학을 위한 대리석 센터, 기술혁신을 위한 데슈판데 센터, 국립암연구소의 코흐 연구소 지원(핵심) 보조금의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250403143847.htm