초음파에 반응하는 미세 기포에 나노 약물 실어 전달...항암·유전자 치료제로 활용

▎사진:김현동 기자

항암제를 투약해도 실제로 암세포까지 가서 영향을 미치는 약물은 소량이다. 약물에 따라 다르지만 100이라는 분량을 투여했을 때, 불과 1정도만 도달하는 경우도 있다. 나머지는 부작용을 일으키며 체내에 머물다 간이나 신장을 통해 배출된다. 사용한 약물의 효과를 높이기 위한 다양한 노력이 있었지만 아직 뾰족한 답을 찾지 못했다. 분당서울대병원 의료기기 R&D 센터장인 이학종 교수는 2010년 IMGT(IMage Guided Therapy)라는 회사를 설립했다. 그리고 항암제로 특정 암세포를 좀 더 정확히 타격하는 치료법을 개발했다. 이 대표는 “혈관 내의 미세 기포에 항암제를 함유하는 나노 크기의 입자를 암세포로 보낸 다음 인체에 무해한 정도의 초음파로 기포를 터뜨려서 치료제의 농도를 특정 부위에 집중적으로 높이는 방식”이라고 설명했다.

암세포는 증식 속도가 일반 세포보다 빠르다. 더 많은 혈관에 증식해서 양분과 혈액을 빨아들인다. 기존 항암제는 온몸의 혈액을 지나 다니다 종양에 도달하기에 효율이 떨어졌다. 이 대표가 개발한 방식은 종양 부위에 항암제의 효과를 크게 높일 수 있다. 초음파로 종양의 위치를 파악하며 치료하는 덕에 암세포의 방어 시스템을 쉽게 무너뜨리며 약을 투여할 수 있는 장점도 있다. 면역 치료나 뇌 질환 치료로 활용할 가능성도 크다.

특정 암세포 좀 더 정확히 타격

IMGT에서 사용하는 미세 기포는 일반 초음파 검사 때 실제로 사용하는 조영제에 치료제가 결합된 형태다. 크기가 수 마이크로미터(μm)인데 일반적으로 초음파 조영제는 종양 조직의 혈관 모습을 확인할 때 사용해왔다. 이 대표 연구의 핵심은 두 가지다. 초음파 조영제에 나노 크기의 항암제를 결합한 미세 기포 복합체와 여기에 자극을 줘서 복합체의 반응을 이끄는 초음파 기기의 개발이다.

이 대표는 국내에서 손에 꼽히는 초음파 영상의학 전문가다. 서울의대 영상의학교실 교수 및 분당서울대학병원 영상의학과 진료과장으로 활동 중이다. 안정적인 사회적 지위에도 도전을 선택했다. 그에겐 의료진으로 수많은 임상을 겪으며 쌓은 경험이 있다. 의료기기 관련 분야는 아직 가능성이 큰 분야다. 이 점에 주목한 이 대표는 “가지고 있는 전문 지식을 활용해 의료 현장에서 아직 풀지 못한 문제들을 해결해 사람들에게 도움이 되고 싶다”고 말했다.

사업은 2010년 시작했다. 초음파 영상을 이용한 치료법을 연구하던 중 초음파의 에너지에 반응하는 약물 함유 초음파 조영제를 만들 수 있다는 가능성을 확인하면서다. “5년 정도 좌충우돌하며 나노 기술과 초음파 기기를 공부했습니다. 2015년 해외 대학에서 우리 기술과 아주 비슷한 논문이 나왔어요. 그래서 사업을 접어야겠다 생각했는데, 서강대 화공과 김현철 교수가 나노 관련 연구를 하고 있었어요. 만나서 이야기해보니 길이 보이더군요. 그래서 지금까지 밀어 붙였습니다.”

IMGT는 정량화된 미세 기포를 자체적으로 합성, 약물을 탑재할 수 있는 기술을 보유하고 있다. 합성한 미세 기포의 크기는 2~3 μm이며 여기에 150나노미터 정도의 치료제 함유 입자를 부착해 완성한다. IMGT 연구원들은 다양한 형광 입자를 넣은 미세 기포 나노 입자 복합체를 이용해 세포 실험을 진행해왔다. 입자의 움직임을 관찰한 결과 종양세포의 세포질로 침투하는 약물이 크게 증가한 것을 확인했다. 나노 입자에 플라스미드(plasmid)나 siRNA 같은 유전자 치료 물질을 탑재한 복합체를 이용한 실험도 진행 중이다. 이미 동물 임상은 마무리 했다. 쥐와 토끼 종양모델을 초음파 적용군, 미세 기포 복합체 단독 적용군, 미세 기포 복합체와 초음파를 적용한 실험에서 종양 크기가 다른 모집군에 비해 현저하게 줄어드는 결과가 나왔다.

IMGT는 유방암을 첫번째 적응증으로 선정하고 2020년 국내 임상에 진입하기 위한 준비를 하고 있다. 초음파 진단과 평가가 가능한 간과 췌장, 전립선으로 치료 범위를 확대할 계획이다. 이 대표는 “한 가지 약물이 아니라 플랫폼 기술을 개발한 것이기 때문에 탑재하는 내용물만 바꾸면 다양한 적응증을 타깃으로 파이프라인을 개발할 수 있다”고 덧붙였다.

이 대표가 추후에 암 치료와 더불어 큰 기대를 하는 분야는 뇌 질환 치료다. 뇌는 혈관 뇌 장벽(Blood brain barrier)이라는 특이한 방어구조를 가지고 있다. 뇌를 보호하는 방어막이 워낙 정교해 세균의 침투가 불가능한 수준이다. 문제는 뇌에 질환이 생겨도 약물을 투여하기 어렵다는 점이다. 뇌를 보호하는 혈관 뇌 장벽이 질환 치료를 위한 약물의 통과를 방해해 치료 효과가 낮아진다. 많은 제약사와 연구자가 혈관 뇌 장벽을 통과해 뇌에서 약효를 발휘할 수 있는 약물과 약물전달 기술을 개발하기 위해 노력하고 있지만 아직까지도 명확한 해결책이 존재하지 않는다.

이 대표는 “초음파의 에너지를 받으면 혈관 뇌 장벽이 일시적으로 열리는데, 이때에 IMGT의 플랫폼 기술을 이용해 합성한 복합체가 장벽을 지나 뇌세포에 약물을 전달한다”고 설명했다. 일정 시간이 지나면 뇌 장벽은 다시 원상복귀된다.

첫 타깃은 유방암 치료

IMGT의 운영 자금은 벤처캐피털에서 유치했다. 1차로 15억원, 최근 100억원 규모의 2차 투자를 진행 중이다. 이 대표는 투자 유치 과정은 생각보다 수월했다고 한다. 기술이 확실하고 적용 범위가 넓은 덕에 투자자들이 몰렸다. IMGT는 전임상 또는 임상 1상 단계에서의 기술을 이전하며 개발을 진행할 전망이다. 이 대표는 “현재 국내 특허 6건을 보유하고 있고 중국에서도 특허를 완료 했다”며 “미국·유럽 등에 특허를 출원하며 연구를 진행 중”이라고 말했다.

IMGT는 분당서울대병원이 운영하는 헬스케어 혁신파크에 입주해 있다. 이 대표는 “IMGT가 헬스케어 혁신파크에서 시작해 성공한 사례 중 하나가 됐으면 한다”며 “난치병 환자와 가족들에게 도움이 되도록 연구를 진행하겠다”고 말했다.