김광명 교수 연구팀, ACS Nano 학술지에 이식형 광-약물 전달 시스템 기반 뇌종양 치료 연구 게재

최근 뇌종양 분야에서는 광역학 치료(PDT)와 항암화학요법의 병용을 통해 치료 효율을 높이려는 시도가 이어지고 있으나, 혈관 뇌 장벽(BBB)과 두개골로 인한 약물 및 빛의 전달 한계가 여전히 큰 과제로 남아 있다. 기존 치료 방식은 약물의 종양 특이적 축적 부족, 광의 조직 침투 한계, 반복적 투여에 따른 전신 독성 등의 문제를 안고 있었다. 

이러한 한계를 극복하기 위해 김광명 교수 연구팀은 이식형 미세 LED 기반의 광·약물 동시 전달 시스템인 LED-SC(optofluidic system)을 개발하였다. 이 장치는 마이크로 주사칩(SC)과 마이크로 LED를 통합하여 뇌종양 중심부에 직접 삽입함으로써 전구약물 나노 입자(PNP)와 광을 종양 조직에 동시에 전달할 수 있도록 설계되었다.

PNPs는 광감각제 Verteporfin과 항암제 Doxorubicin을 cathepsin B 효소에 반응하는 펩타이드로 연결한 자가조립형 전구약물로, 종양세포 내에서만 선택적으로 활성화되어 정상 조직에 대한 독성을 최소화한다. 또한, LED-SC를 통해 조사되는 광은 종양 깊숙한 곳까지 도달할 수 있어 기존 광치료의 침투 한계를 극복하였다.

이번 연구 결과는 2025년 4월, 국제 저명 학술지 ACS Nano에 게재되었으며, 마우스 뇌종양 모델에서의 직접적인 약물 전달과 빛 조사를 통해 치료 효능을 입증하였다. 연구에 따르면, 정맥 주사 대비 3.9배 높은 종양 내 약물 축적, 균일한 약물 확산, 종양 내 ROS 생성으로 인한 세포 사멸 등이 관찰되었으며, 결과적으로 종양 크기 12배 감소, 정상 뇌조직 손상 최소화, 생존율 개선 등의 우수한 치료 성과를 보였다.

이 연구는 뇌 종양에서의 기존 광역학치료의 한계를 극복하고, 이식형 장치를 통한 정밀 약물 및 광 치료의 가능성을 제시한 중요한 성과로 평가된다. 김광명 교수 연구팀의 이번 연구는 향후 정밀 뇌종양 치료 및 차세대 광-약물 병용 요법의 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.