캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스의 엔지니어들은 폐를 통해 헤엄쳐 암 치료 약물을 전이성 종양에 직접 전달할 수 있는 마이크로 로봇이라고 알려진 미세한 로봇을 개발했다. 이 접근법은 생쥐에서 폐로 전이된 종양의 성장과 확산을 억제하여 대조 치료법에 비해 생존율을 높이는 가능성을 보여주었다. 이번 연구 결과는 6월 12일 Science Advances지에 게재된 논문에 자세히 나와 있다.

마이크로로봇을 만들기 위해 연구자들은 약물로 채워진 나노입자를 녹조류 세포 표면에 화학적으로 부착했다. 마이크로로봇의 움직임을 제공하는 조류는 나노입자가 폐 내에서 효율적으로 헤엄칠 수 있도록 하고 탑재한 치료제를 종양에 전달할 수 있게 해준다. 나노입자는 화학요법 약물인 독소루비신이 들어 있고 적혈구 막으로 코팅된 작은 생분해성 폴리머 구체로 만들어졌다. 이 코팅은 중요한 기능을 수행하는데, 나노입자를 면역체계로부터 보호하여 항종양 효과를 발휘할 수 있을 만큼 오랫동안 폐에 머물 수 있도록 한다. 이것은 위장 역할을 한다. 특별한 코팅으로 나노입자는 신체의 적혈구처럼 보여지며 따라서 면역 반응을 유발하지 않는다.

나노입자를 운반하는 조류의 이러한 제제는 안전하다고 연구진은 설명한다. 나노입자를 만드는데 사용되는 재료는 생체 적합성이 있으며, 사용된 녹조류인 Chlamydomonas reinhardtii 는 미국식품의약국(FDA)에서 사용하기에 안전한 것으로 인정되었다. 이 연구는 생쥐의 치명적인 폐렴을 치료하기 위해 유사한 마이크로 로봇을 사용하는 이전 연구를 기반으로 기존 연구를 더 발전시켰다. 연구진 중에 Wang은 "이것은 살아있는 동물의 폐에서 안전하게 테스트한 최초의 마이크로로봇입니다."라고 말했다.

이전 연구에서 마이크로로봇은 나노입자에 대해 다른 약물과 세포막 조합을 사용하여 폐렴을 일으키는 박테리아의 확산에 맞서 싸웠다. 이러한 구성 요소를 조정함으로써 팀은 이제 폐의 암세포 확산에 맞서 싸우기 위해 마이크로로봇을 맞춤화했다. “이것은 다양한 유형의 치명적인 폐질환과 맞서 싸우기 위해 전체 폐 조직에 치료제를 적극적이고 효율적으로 전달할 수 있는 플랫폼 기술임을 입증했다.”라고 연구진은 이번 연구의 의미를 주었다.

이번 연구에서는 폐로 전이된 흑색종을 앓는 쥐를 마이크로로봇으로 치료했는데, 기관에 삽입된 작은 관을 통해 마이크로로봇을 폐에 투여했다. 치료를 받은 생쥐는 37일의 중앙 생존 시간을 경험했는데, 이는 치료를 받지 않은 생쥐뿐만 아니라 약물만 투여받거나 조류가 없는 약물이 채워진 나노입자를 투여받은 생쥐에서 관찰된 27일의 중앙 생존 기간보다 향상된 것이다.

연구진 중에 한명인 리(Li)는 "마이크로 로봇의 능동적인 수영 동작은 심부 폐 조직으로의 약물 분포를 크게 향상하는 동시에 체류 시간을 연장했으며, 이러한 향상된 분포와 연장된 체류 시간을 통해 우리는 필요한 약물 복용량을 줄일 수 있었고 높은 생존 효능을 유지하면서 잠재적으로 부작용을 줄일 수 있었습니다.""라고 말했다. 앞으로 팀은 인간 임상 시험의 궁극적인 목표를 가지고 이 마이크로로봇 치료를 더 큰 동물에서의 시험으로 발전시키기 위해 노력하고 있다.

논문: "바이오하이브리드 마이크로로봇은 폐 전이의 진행을 억제하기 위해 약물이 탑재된 나노입자를 국소적으로 능동적으로 전달." 이 연구의 공동 저자로는 Fangyu Zhang*, Zhongyuan Guo*, Zhengxing Li*, Hao Luan, Yiyan Yu, Audrey T. Zhu, Shichao Ding, Weiwei Gao 및 Ronnie H. Fang이 있다.

이 작업은 국방 위협 감소 기관 화학 및 생물학 방어를 위한 공동 과학 기술 사무소(HDTRA1-21-1-0010)와 국립 보건원(R21AI175904)의 지원을 받았다.

참조:
Fangyu Zhang, Zhongyuan Guo, Zhengxing Li, Hao Luan, Yiyan Yu, Audrey T. Zhu, Shichao Ding, Weiwei Gao, Ronnie H. Fang, Liangfang Zhang, Joseph Wang. Biohybrid microrobots locally and actively deliver drug-loaded nanoparticles to inhibit the progression of lung metastasis. Science Advances, 2024; 10 (24) DOI: 10.1126/sciadv.adn6157